Polystyrene के साथ Multiwalled कार्बन नैनोट्यूब को सक्षम करने के लिए स्व-विधानसभा और अनिसोट्रोपिक Patchiness
Summary
polystyrene के संश्लेषण के लिए एक प्रक्रिया-multiwalled कार्बन नैनोट्यूब क्रमिक रासायनिक संशोधन कदम का उपयोग करने के लिए चुन कर sidewalls और उनके स्वयं विधानसभा के माध्यम से बहुलक श्रृंखला परिचय अनिसोट्रोपिक patchiness है प्रस्तुत.
Abstract
हम sidewalls सतह गुणों का मॉडुलन सक्षम करने के लिए एक मुक्त कट्टरपंथी बहुलकीकरण रणनीति के माध्यम से नैनोट्यूब में polystyrene (पुनश्च) जंजीरों के साथ प्राचीन multiwalled कार्बन नैनोट्यूब (MWCNTs) भ्रष्टाचार करने के लिए एक सरल प्रोटोकॉल का प्रदर्शन और nanostructures के supramolecular स्व-विधानसभा का निर्माण । सबसे पहले, एक biphasic उत्प्रेरक मध्यस्थता ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के माध्यम से प्राचीन नैनोट्यूब के एक चयनात्मक hydroxylation sidewalls में सतही वितरित प्रतिक्रियाशील साइटों बनाता है । बाद प्रतिक्रियाशील साइटों को बाद में methacrylic moieties एक silylated methacrylic के लिए polymerizable साइटों बनाने के अग्रदूत का उपयोग कर के साथ संशोधित कर रहे हैं । उन polymerizable समूहों styrene के आगे बहुलकीकरण पता कर सकते है एक संकर nanomaterial युक्त पुनश्च श्रृंखला नैनोट्यूब sidewalls को बांधने का उत्पादन । बहुलक-भ्रष्टाचार सामग्री, silylated methacrylic moieties की राशि शुरू की और hydroxylation संशोधन नैनोट्यूब की पहचान कर रहे है और quantified विश्लेषण (Thermogravimetric) द्वारा TGA । प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूहों हाइड्रॉक्सिल और silylated methacrylate की उपस्थिति का रूपान्तर बदल अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (FT-IR) द्वारा पुष्टि की जाती है । Polystyrene-tetrahydrofuran (THF) में भ्रष्टाचार कार्बन नैनोट्यूब समाधान दीवार को दीवार collinearly स्वयं इकट्ठे नैनोट्यूब जब कास्ट नमूनों संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (उनि) द्वारा विश्लेषण कर रहे हैं प्रदान करते हैं । उन स्व-सभाओं प्राप्त नहीं कर रहे है जब उपयुक्त कारतूस इसी तरह अनुरूप समाधान गैर निहित-भ्रष्टाचारी समकक्ष से डाली हैं । इसलिए, इस विधि में सक्षम बनाता है संशोधन नैनोट्यूब अनिसोट्रोपिक patchiness के sidewalls जो परिणाम में सहज स्वत:-संगठन में नेनो ।
Introduction
एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs),1,2 वैज्ञानिक समुदायों की खोज के बाद से अत्याधुनिक की एक विस्तृत श्रृंखला में अपने बकाया विद्युत, यांत्रिक और थर्मल गुण3 लागू किया है आबंध4 और गैर आबंध5 रणनीतियों के माध्यम से उनकी सतह संपत्तियों नियमन द्वारा आवेदन । उन अनुप्रयोगों के उदाहरण सेंसर में ट्रांसड्यूसर के रूप में उनके उपयोग में शामिल हैं,6,सौर कोशिकाओं में7 इलेक्ट्रोड,8 विषम catalysis में समर्थन करता है, संश्लेषण में9 nanoreactors,10 विरोधी बेईमानी सुरक्षात्मक फिल्मों में एजेंटों, समग्र सामग्री में11 भराव,12आदि। हालांकि, संभावना उनके और अधिक मजबूत, अभी तक औद्योगिक रूप से उपलब्ध multiwalled समकक्षों की सतह के गुणों को मिलाना अर्थात्, MWCNTs, उनके गैर नेनो में आबंध बातचीत में दिशात्मकता को नियंत्रित करने के लिए, एक मुश्किल बनी हुई है अब तक कार्य । 13
Supramolecular स्वयं आणविक इमारत ब्लॉकों की विधानसभा नेनो में मामले के संगठन को नियंत्रित करने के लिए सबसे बहुमुखी रणनीतियों में से एक है । 14 , 15 इस अर्थ में, supramolecular इंटरेक्शन्स शामिल दिशात्मक, शॉर्ट-रेंज और मिड-रेंज नॉन-आबंध इंटरैक्शन जैसे एच-बांड, वान डेर Waals, द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय, आयन-द्विध्रुवीय, द्विध्रुवीय-प्रेरित द्विध्रुवीय, π-π स्टैकिंग, कटियन-π, आयनों-π, coulombic, अंय लोगों के अलावा । 16 दुर्भाग्य से, MWCNTs के रूप में बड़ी संरचनाओं के लिए आत्म विधानसभा में दिशात्मकता सहज नहीं है और आम तौर पर बाहरी मकसद बलों (जैसे टेंपलेट्स या ऊर्जा अपव्यय प्रणालियों) की आवश्यकता है । 17 हाल ही में एक रिपोर्ट के अनुरूप सह के साथ नैनोट्यूब के आबंध लपेटन-पॉलिमर के बाद के लक्ष्य,18 लेकिन आबंध रणनीतियों का उपयोग करने के लिए नए विकल्प की पेशकश करने के लिए कि समस्या को हल कर रहे है का पीछा कर रहे थे शायद ही पता लगाया ।
कार्बन नैनोट्यूब के रासायनिक संशोधन चुनिंदा बाहर किया जा सकता है या तो टर्मिनी या उसी के sidewalls करने के लिए विभिंन कार्यात्मक समूहों को लागू करने के लिए । 19 , कार्बन nanostructures में सतह के गुणों को दर्ज करने के लिए सबसे उपयोगी तरीकों में से 20 एक बहुलक है-मानक बहुलकीकरण मार्गों के माध्यम से भ्रष्टाचार । आमतौर पर, उन तरीकों nanostructure सतह पर polymerizable या सर्जक समूहों (एक्रिलिक, vinyl, आदि) के प्रारंभिक परिचय शामिल है और एक उपयुक्त मोनोमर के साथ उनके उत्तराधिकारी बहुलकीकरण । 21 MWCNTs के मामले में, एक अनिसोट्रोपिक फैशन में अपने patchiness को नियंत्रित करने के लिए sidewalls पर बहुलक जंजीरों के आबंध परिचय एक चुनौती बनी हुई है ।
यहां हम बताएंगे कि कैसे सीधी रासायनिक संशोधन कदम22की एक श्रृंखला,23 MWCNTs के sidewalls पर पी एस श्रृंखला डालने के लिए लागू किया जा सकता है ताकि उनकी सतह patchiness को संशोधित करने और उनके अनिसोट्रोपिक को बढ़ावा देने के लिए स्व नेनो में23 विधानसभा । संशोधन मार्ग के दौरान, एक पहला कदम sidewalls में प्राचीन MWCNTs के चयनात्मक hydroxylation के लिए एक biphasic उत्प्रेरक मध्यस्थता ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के बाद hydroxylated समकक्षों अर्थात् उपज, MWCNT-ओह निंनलिखित द्वारा अनुमति देता है । एक दूसरे चरण का उपयोग करता है 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate (TMSPMA) पहले बनाया silylated समूहों के लिए methacrylic moieties हाइड्रॉक्सिल (MWCNT-O-TMSPMA) को लागू करने के लिए । इन आवेषण एक तीसरे चरण के दौरान सतह प्रतिक्रियाशील साइटों प्रदान करेगा, जब styrene मोनोमर methacrylic से बहुलक है moieties इस प्रकार बहुलक श्रृंखला अंत में sidewalls के नैनोट्यूब को भ्रष्टाचारी (यानी MWCNT-O-PS) ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस विधि में, वहां कुछ कदम जो महत्वपूर्ण परिणाम के लिए एक सफल भ्रष्टाचार निरोधक प्रक्रिया की गारंटी रहे हैं । सबसे पहले, biphasic उत्प्रेरक मध्यस्थता ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया (कदम 1.1) हाल ही में फैलाया कार्बन नैन?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम मेक्सिको के राष्ट्रीय स्वायत्त विश्वविद्यालय (अनुदान संख्या 5000-9158, 5000-9156, IA205616 और IA205316) और मैक्सिको से विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लिए राष्ट्रीय परिषद-CONACYT-(अनुदान संख्या FQ-PAIP और DGAPA-PAPIIT कार्यक्रमों को स्वीकार करना चाहते हैं २५१५३३) ।
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 |
Referências
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