Enxertia de nanotubos de carbono de Multiwalled com poliestireno para habilitar auto-montagem e anisotrópica Patchiness
Summary
Um procedimento para a síntese de nanotubos de carbono multiwalled poliestireno-enxertados usando modificação química sucessiva etapas para seletivamente apresentar as cadeias de polímero as paredes laterais e seu self-assembly através de patchiness anisotrópica é apresentado.
Abstract
Demonstraremos um protocolo simples para enxertar multiwalled imaculadas de nanotubos de carbono (MWCNTs) com correntes de poliestireno (PS) em paredes laterais através de uma estratégia de polimerização de radicais livres para permitir que a modulação das propriedades da superfície do nanotubo e produzir supramolecular auto-montagem das nanoestruturas. Primeiro, uma hidroxilação seletiva dos nanotubos imaculadas através de uma reação de oxidação bifásico cataliticamente mediada cria sites reativas superficialmente distribuídos às paredes laterais. Os último sites reativos são modificados posteriormente com metacrílico metades usando um sililada metacrílico precursor para criar sites polimerizáveis. Esses grupos polimerizáveis podem endereçar mais polimerização de estireno para produzir um nanomaterial híbrido contendo cadeias PS enxertadas para os sidewalls de nanotubos. Polímero-enxerto conteúdo, quantidade de sililada metacrílico metades introduzido e modificação de hidroxilação dos nanotubos são identificados e quantificados por análise térmica química (TGA). A presença de reativos grupos funcionais hidroxila e sililada metacrilato são confirmadas por Fourier Transform espectroscopia no infravermelho (FT-IR). Soluções de nanotubo de carbono de poliestireno-enxertados em tetrahidrofurano (THF) fornecem amostras de nanotubos collinearly Self montado quando elenco parede a parede são analisadas por microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Esses auto-assemblies não são obtidos quando apropriados espaços em branco são expulsos da mesma forma análogas soluções contendo homólogos não enxertadas. Portanto, esse método permite a modificação do patchiness anisotrópica nanotubo às paredes laterais que resulta em auto-organização espontânea à escala nanométrica.
Introduction
Desde a descoberta de nanotubos de carbono de paredes simples (SWCNTs),1,2 as comunidades científicas aplicaram suas excelentes propriedades elétricas, mecânicas e térmicas3 em uma ampla gama de tecnologia de ponta aplicações, modulando suas propriedades de superfície através de ligações covalentes4 e não-covalente5 estratégias. Esses aplicativos são exemplos de seu uso como transdutores em sensores, eletrodos de7 6,em células solares,8 heterogêneo suporta em catálise, nanoreactors9 , em síntese,10 anti-incrustantes agentes em películas de proteção, enchimentos de11 em materiais compósitos,12etc. No entanto, a possibilidade de modular a propriedades da superfície de sua mais robusta, no entanto, industrialmente disponível multiwalled homólogos, ou seja, MWCNTs, para controlar a direção em suas interações não-covalente à escala nanométrica, manteve-se um difícil tarefa tão longe. 13
Supramolecular auto-montagem de blocos de construção moleculares é uma das estratégias mais versátil para controlar a organização da matéria à escala nanométrica. 14 , 15 neste sentido, interações supramoleculares envolvem direcional, de curto alcance e mid-range interações não covalentes como H-bond, Van der Waals, dipolo-dipolo, íon-dipolo, dipolo dipolo induzido, empilhamento π-π, π-cátion, ânion-π, coulombic, entre outros. 16 -infelizmente, direcionalidade na auto-montagem para estruturas maiores como MWCNTs não é espontânea e geralmente requer forças externas do motivo (por exemplo, modelos ou sistemas de dissipação de energia). 17 um recente relatório usado de envolvimento não-covalente de nanotubos com polímeros co adaptados para perseguir o objetivo último,18 , mas o uso de ligações covalentes estratégias para oferecer novas alternativas para resolver esse problema permaneceram mal explorado.
Modificação química de nanotubos de carbono pode ser seletivamente realizada apresentar diferentes grupos funcionais para a termini ou para as paredes laterais do mesmo. 19 , 20 uma das abordagens mais útil para adequar as propriedades da superfície em nanoestruturas de carbono é polímero-enxerto através de rotas padrão de polimerização. Normalmente, essas abordagens envolvem a introdução preliminar de polimerizáveis ou grupos de iniciador (acrílico, vinil, etc.) na superfície nanostructure e sua sucessiva polimerização com um monômero apropriado. 21 no caso MWCNTs, a introdução de ligações covalente de correntes do polímero nas paredes laterais para controlar suas patchiness de forma anisotrópica manteve-se um desafio.
Vamos mostrar aqui como uma série de simples modificação química passos22,23 pode ser aplicada para inserir cadeias de PS em paredes laterais de MWCNTs para modificar sua superfície patchiness e promover sua anisotrópica Self-assembly23 à escala nanométrica. Durante o percurso de modificação, um primeiro passo permite a hidroxilação seletiva de imaculadas MWCNTs às paredes laterais, seguindo um bifásico cataliticamente mediada por reação de oxidação para produzir as contrapartes hidroxiladas, ou seja, MWCNT-OH. Um segundo passo usa 3-(trimetoxissilil) metacrilato de propilo (TMSPMA) introduzir sililada metacrílico metades para os grupos hidroxila criado anteriormente (MWCNT-O-TMSPMA). Estes insertos fornecerá a superfície sites reativas durante a terceira fase, quando o monômero de estireno é polimerizado a partir as metades metacrílico assim produzindo cadeias de polímero enxertadas com paredes laterais dos nanotubos no final (ou seja, MWCNT-O-PS).
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste método, existem algumas etapas que resultam essenciais para garantir um bem sucedido processo de enxerto. Em primeiro lugar, a reação de oxidação bifásico cataliticamente mediada (etapa 1.1) deve proceder com nanotubos de carbono recentemente dispersos (etapa 1.1.1.5). Se dispersão resulta inviável, de acordo com as recomendações do protocolo, o uso de um sonicador de ponta ultra-sônica seria útil se usando as mesmas indicações (etapa 1.1.1.6). Usando MWCNTs mais curtos também pode ajudar na soluçã…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nós gostaríamos de reconhecer os programas FQ-PAIP e DGAPA-PAPIIT da Universidade Nacional Autônoma do México (concessão números 9158-5000, 5000-9156, IA205616 e IA205316) e Conselho Nacional de ciência e tecnologia do México – CONACYT-(número de concessão 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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