L'innesto Multiwalled Carbon Nanotubes con polistirolo per abilitare l'auto-assemblaggio e discromie anisotropo
Summary
Una procedura per la sintesi di polistirolo-innestati nanotubi di carbonio mediante modificazione chimica successivi passaggi selettivamente per introdurre le catene del polimero per i fianchi e la loro auto-assemblaggio è via anisotropo discromie presentato.
Abstract
Dimostriamo un semplice protocollo per innesto incontaminate nanotubi di carbonio (MWCNT) con catene di polistirene (PS) alle pareti laterali attraverso una strategia di polimerizzazione radicalica per attivare la modulazione delle proprietà superficiali nanotubo e produrre supramolecolari auto-assemblaggio delle nanostrutture. In primo luogo, un selettivo idrossilazione dei nanotubi incontaminati attraverso una reazione di ossidazione bifase cataliticamente mediata crea siti reattivi superficialmente distribuiti alle pareti laterali. Quest’ultimi siti reattivi sono successivamente modificati con metacrilico moiety utilizzando un precursore di metacrilico sililata per creare siti polimerizzabili. Tali gruppi polimerizzabili possono indirizzo ulteriore polimerizzazione dello stirene per produrre un nanomateriale ibridi contenenti catene PS innestate sui fianchi di nanotubi. Il contenuto di polimero-innesto, quantità di polieteri metacrilico moiety introdotto e modificazione di idrossilazione dei nanotubi sono identificati e quantificati da analisi termogravimetrica (TGA). La presenza di gruppi funzionali reattivi dell’idrossile e polieteri metacrilato sono confermati da Fourier Transform spettroscopia infrarossa (FT-IR). Soluzioni di nanotubi di carbonio polistirolo-innestati in tetraidrofurano (THF) forniscono da parete a parete collinearly autoassemblati nanotubi quando il cast campioni vengono analizzati da microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Tali self-assembly non si ottengono quando gli spazii in bianco adatti allo stesso modo sono espressi da analoghe soluzioni contenenti controparti non innestate. Pertanto, questo metodo consente la modifica delle discromie anisotropo di nanotubi alle pareti laterali che si traduce in auto-organizzazione spontanea su nanoscala.
Introduction
Dalla scoperta dei nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNTs),1,2 le comunità scientifiche hanno applicato le loro eccezionali proprietà elettriche, meccaniche e termiche3 in una vasta gamma di avanguardia applicazioni modulando la loro proprietà di superficie via covalente4 e non-covalente5 strategie. Esempi di tali applicazioni loro uso come trasduttori in sensori,6,7 elettrodi nelle celle solari,8 eterogenei supporta nella catalisi,9 nanoreattori in sintesi,10 anti-incrostazione agenti in pellicole protettive,11 riempitivi in materiali compositi,12ecc. Tuttavia, la possibilità di modulare la proprietà di superficie delle loro più robuste, ancora industrialmente disponibili multiwalled controparti vale a dire, MWCNT, per controllare la direzionalità nelle loro interazioni non-covalenti su nanoscala, è rimasta una difficile attività finora. 13
Supramolecolare auto-assemblaggio di mattoni molecolari è una delle strategie più versatile per controllare l’organizzazione della materia alla nanoscala. 14 , 15 in questo senso, le interazioni supramolecolari coinvolgono direzionale, a corto raggio e interazioni non-covalenti Mid-Range come legame H, Van der Waals, dipolo-dipolo, ione-dipolo, dipolo dipolo-indotto, π-π accatastamento, catione-π, anione-π, coulombiane, tra gli altri. 16 purtroppo, direzionalità in self-assembly per le più grandi strutture quali MWCNT non è spontanea e di solito richiede forze esterne motivo (ad esempio modelli o sistemi di dissipazione di energia). 17 un recente report utilizzato non-covalente avvolgimento di nanotubi con su misura co-polimeri a perseguire l’obiettivo di quest’ultimo,18 ma l’uso di strategie covalente per offrire nuove alternative per risolvere il problema sono rimaste a malapena esplorati.
Modificazione chimica di nanotubi di carbonio può avvenire in modo selettivo per introdurre diversi gruppi funzionali per la stazione termini o per le pareti laterali dello stesso. 19 , 20 uno degli approcci più utili per personalizzare le proprietà di superficie in nanostrutture di carbonio è polimero-innesto attraverso percorsi di polimerizzazione standard. In genere, tali approcci implicano l’introduzione preliminare di polimerizzabili o gruppi di iniziatore (acrilico, vinile, ecc.) sulla superficie nanostruttura e loro successiva polimerizzazione con un monomero adatto. 21 nel caso di MWCNT, l’introduzione di covalente delle catene polimeriche sui fianchi per controllare loro discromie in modo anisotropo è rimasta una sfida.
Qui vi mostriamo come una serie di passaggi semplice modificazione chimica22,23 può essere applicata per inserire catene PS sul fianco del MWCNT al fine di modificare la loro superficie discromie e promuovere loro anisotropo auto-assemblaggio23 su nanoscala. Durante il percorso di aggiornamento, un primo passo consente l’idrossilazione selettiva di incontaminato MWCNT alle pareti laterali seguendo che un bifase cataliticamente mediata reazione di ossidazione per produrre le controparti idrossilate vale a dire, MWCNT-OH. Un secondo passo utilizza 3-(trimetossisilil) metacrilato di propile (TMSPMA) di introdurre sililata metacrilico moiety ai gruppi dell’idrossile creato in precedenza (MWCNT-O-TMSPMA). Questi inserti fornirà superficie siti reattivi durante una terza fase, quando lo stirene monomero viene polimerizzato dalle moiety metacrilico producendo così catene polimeriche innestate alle pareti dei nanotubi alla fine (cioè MWCNT-O-PS).
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo metodo, ci sono alcuni passaggi che risultare fondamentale per garantire la riuscita del processo d’innesto. In primo luogo, la reazione di ossidazione bifase cataliticamente mediata (punto 1.1) dovrebbe essere effettuata con nanotubi di carbonio recentemente dispersa (passo 1.1.1.5). Se la dispersione provoca unviable secondo le raccomandazioni del protocollo, è possibile che l’uso di un sonicatore punta a ultrasuoni sarebbe utile se utilizzando le stesse indicazioni (punto 1.1.1.6). Utilizzando più breve MW…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo riconoscere i programmi FQ-PAIP e DGAPA-PAPIIT da Università nazionale autonoma del Messico (concessione numero 5000-9158, 5000-9156, IA205616 e IA205316) e il Consiglio nazionale per la scienza e la tecnologia dal Messico – CONACYT-(numero di concedere 251533).
Materials
| Tetrapropylammonium bromide, 99 % (TPABr) | Sigma-Aldrich | 88104 | Irritant, toxic |
| Potassium permanganate, 99 % (KMnO4) | Sigma-Aldrich | 223468 | |
| Acetic acid, 99.5 % | Sigma-Aldrich | 45726 | |
| Pristine multiwalled carbon nanotubes, 99 % (MWCNTs) | Bayer Technology Services | Donated sample | Harmful dusts. >1 mm in length and 13–16 nm in outer diameter. Alternative supplier: Nanocyl, Catalog N. NC7000, website: http://www.nanocyl.com/ |
| Sodium Chloride, 98 % (NaCl) | Sigma-Aldrich | S3014 | Technical grade can also be used |
| Ethanol, 99.8 % (EtOH) | Sigma-Aldrich | 32221 | Technical grade can also be used |
| Methanol, 99.8 % (MeOH) | Sigma-Aldrich | 322415 | Highly toxic. Technical grade can also be used |
| Hydroquinone, 99 % | Sigma-Aldrich | H9003 | |
| Toluene, 99.8 % | Sigma-Aldrich | 244511 | Anhydrous |
| 3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98 % (TMSPMA) | Sigma-Aldrich | 440159 | Air sensitive, toxic |
| Azobisisobutyronitrile, 99 % (AIBN) | Sigma-Aldrich | 755745 | Explosive |
| Styrene, 99 % | Sigma-Aldrich | S4972 | Purified using an alumina gel preparative column and stored at 4 °C |
| Acetone, 99.5 % | Sigma-Aldrich | 179124 | Technical grade can also be used |
| Tetrahydrofuran, 99.9 % (THF) | Sigma-Aldrich | 494461 | |
| Dichloromethane, 99.5 % | Sigma-Aldrich | 443484 | Highly toxic |
| Hydrochloric acid, 37 % | Sigma-Aldrich | 435570 | Harmful fumes |
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