Pode Multiwalled karbon nanorør polystyren aktivere selvtillit forsamlingen og Anisotrop lappverk
Summary
En prosedyre for syntese av isopor-podet multiwalled Karbonnanorør med påfølgende kjemisk endring trinn til selektivt introdusere polymer kjeder til sideveggene og deres selvtillit forsamlingen via Anisotrop lappverk er presentert.
Abstract
Vi viser en enkel protokoll for pode uberørte multiwalled Karbonnanorør (MWCNTs) med polystyren (PS) kjeder sideveggene gjennom en frie radikaler polymerisasjon strategi å aktivere modulering av egenskapene nanotube overflate og produsere supramolecular selv-montering av nanostrukturer. Først oppretter en selektiv hydroksylering av den uberørte nanorør gjennom en bifasisk katalytisk mediert oksidasjon reaksjon overfladisk distribuert reaktive steder på sideveggene. Sistnevnte reaktive områdene endres senere med methacrylic moieties bruker en silylated methacrylic forløper til å lage polymerizable nettsteder. Gruppene polymerizable kan ta ytterligere polymerisering av Styra å produsere en hybrid nanomaterial som inneholder PS kjeder podet til nanotube sideveggene. Polymer-graftet innhold, mengden av silylated methacrylic moieties introdusert og hydroksylering endring av nanorør identifiseres og kvantifisert av Thermogravimetric analyse (TGA). Tilstedeværelsen av reaktive funksjonsgrupper hydroksyl og silylated methacrylate er bekreftet av Fourier transformere infrarødspektroskopi (FT-IR). Isopor-podet karbon nanorør løsninger i tetrahydrofuran (THF) gir verktøybasert collinearly selv montert nanorør da kastet prøver analyseres av overføring elektronmikroskop (TEM). De selv-samlingene er ikke oppnådd når passende mellomrom er tilsvarende fra analoge løsninger som inneholder ikke-podet kolleger. Derfor kan denne metoden endring av den nanotube Anisotrop lappverk på sideveggene som resultatene i spontan auto-organisasjonen nanoskala.
Introduction
Siden oppdagelsen av enkelt vegger Karbonnanorør (SWCNTs),1,2 forskningsmiljøene har brukt sin enestående elektriske, mekanisk og termisk egenskaper3 i et bredt spekter av avanserte søknader ved modulerende sine overflateegenskaper via kovalente4 og ikke-kovalente5 strategier. Eksempler på disse programmene er deres bruk som transdusere sensorer,6,7 elektroder solceller,8 heterogene støtter katalyse,9 nanoreactors i syntese,10 anti-fouling agenter i beskyttende film,11 fyllstoff i komposittmaterialer,12etc. Imidlertid har muligheten til å modulate overflateegenskaper av sine mer robuste, men industrielt tilgjengelig multiwalled kolleger nemlig MWCNTs, til å styre retningen i deres ikke-kovalente samhandling på nanoskala, vært en vanskelig oppgave hittil. 13
Supramolecular selv-montering av molekylære byggeklosser er en av de mest allsidige strategiene for å kontrollere organiseringen av saken i nanoskala. 14 , 15 i denne forstand supramolecular vekselsvirkningene involverer retningsbestemt, kort rekkevidde og mellomtoner ikke-kovalente interaksjoner som H-bånd, Van der Waals, dipol-dipol, ion-dipol, dipol-indusert dipol, π-π stabling, cation-π, anion-π, coulombic, blant andre. 16 dessverre retningen i selvstendig montering for større strukturer som MWCNTs er ikke spontane og vanligvis krever ekstern motivet styrker (f.eks maler eller spre energisystemer). 17 en siste rapport brukte ikke-kovalente innpakning av nanorør med skreddersydd co polymerer å forfølge siste målet,18 men bruk av kovalente strategier for å tilby nye alternativer for å løse dette problemet har vært knapt utforsket.
Kjemisk endring av Karbonnanorør kan selektivt utføres for å innføre ulike funksjonsgruppene termini eller sideveggene av det samme. 19 , 20 er en av de mest nyttige tilnærmingene til å skreddersy egenskapene overflaten i karbon nanostrukturer polymer-pode gjennom standard polymerisasjon ruter. Vanligvis de tilnærminger involvere foreløpige innføring av polymerizable eller initiativtaker grupper (akryl, vinyl, osv.) på nanostructure overflaten og deres påfølgende polymerisasjon med en egnet monomer. 21 når det gjelder MWCNTs, Kovalente innføring av polymer kjeder på sideveggene kontrollere deres lappverk i en Anisotrop mote har vært en utfordring.
Her viser vi hvordan en rekke enkle kjemisk endring trinnene22,23 kan brukes for å sette inn PS kjeder på sideveggene av MWCNTs for å endre deres overflate lappverk og å fremme deres Anisotrop selvstendig montering23 på nanoskala. Under endring ruten tillater et første den selektive hydroksylering av uberørte MWCNTs på sideveggene etter en bifasisk katalytisk mediert oksidasjon reaksjon for å gi de hydroxylated kolleger nemlig MWCNT-OH. Andre trinnet bruker 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate (TMSPMA) å innføre silylated methacrylic moieties til tidligere opprettede hydroksyl grupper (MWCNT-O-TMSPMA). Disse innlegg vil gi overflaten reaktive nettstedene under en tredje trinn, når styren monomer er polymerized fra methacrylic moieties dermed gir polymer kjeder podet til sideveggene av nanorør på slutten (dvs. MWCNT-O-PS).
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne metoden er det noen skritt som avgjørende for å garantere en vellykket pode prosess. Bifasisk katalytisk mediert oksidasjon reaksjonen (trinn 1.1) bør først utføres med nylig spredt Karbonnanorør (trinn 1.1.1.5). Hvis spredning unviable i henhold til anbefalingene i protokollen, ville bruk av en ultralyd tips sonicator være nyttig hvis bruker samme indikasjoner (trinn 1.1.1.6). Bruke kortere MWCNTs kan også hjelpe i å løse problemer med spredning. Andre er av vakuum filtreringssystem avgjørende i rensi…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi ønsker å erkjenne de FQ-PAIP og DGAPA-PAPIIT programmene fra nasjonalt i Mexico (grant tall 5000-9158, 5000-9156, IA205616 og IA205316) og nasjonalt råd for vitenskap og teknologi fra Mexico – CONACYT-(gi nummer 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 |
Referências
- Iijima, S. Helical Microtubules of Graphitic Carbon. Nature. 354, 56-58 (1991).
- Iijima, S., Ichihashi, T. Single-Shell Carbon Nanotubes of 1-nm Diameter. Nature. 363, 603-605 (1993).
- Dai, H. Carbon Nanotubes: Synthesis, Integration and Properties. Acc. Chem. Res. 35, 1035-1044 (2002).
- Karousis, N., Tagmatarchis, N. Current Progress on the Chemical Modification of Carbon Nanotubes. Chem. Rev. 110, 5366-5397 (2010).
- Zhao, Y. L., Stoddart, J. F. Noncovalent Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes. Acc. Chem. Res. 42, 1161-1171 (2009).
- Zelada-Guillén, G. A., Riu, J., Düzgün, A., Rius, F. X. Immediate Detection of Living Bacteria at Ultralow Concentrations Using a Carbon Nanotube Based Potentiometric Aptasensor. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 7334-7337 (2009).
- Zelada-Guillén, G. A., Blondeau, P., Rius, F. X., Riu, J. Carbon Nanotube-Based Aptasensors for the Rapid and Ultrasensitive Detection of Bacteria. Methods. 63, 233-238 (2013).
- Jung, Y., Li, X., Rajan, N. K., Taylor, A. D., Reed, M. A. Record High Efficiency Single-Walled Carbon Nanotube/Silicon p-n Junction Solar Cells. Nano Lett. 13, 95-99 (2013).
- Escárcega-Bobadilla, M. V., Rodríguez-Pérez, L., Teuma, E., Serp, P., Masdeu-Bultó, A. M., Gómez, M. Rhodium Complexes Containing Chiral P-Donor Ligands as Catalysts for Asymmetric Hydrogenation in Non Conventional Media. Chem. Soc. Rev. 141, 808-816 (2011).
- Miners, S. A., Rance, G. A., Khlobystov, A. N. Chemical Reactions Confined within Carbon Nanotubes. Chem. Soc. Rev. 45, 4727-4746 (2016).
- Rege, K., Raravikar, N. R., Kim, D. Y., Schadler, L. S., Ajayan, P. M., Dordick, J. S. Enzyme-Polymer-Single Walled Carbon Nanotube Composites as Biocatalytic Films. Nano Lett. 3, 829-832 (2003).
- Ma, R., Menamparambath, M. M., Nikolaev, P., Baik, S. Transparent Stretchable Single-Walled Carbon Nanotube-Polymer Composite Films with Near-Infrared Fluorescence. Adv. Mater. 25, 2548-2553 (2013).
- De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications. Science. 339, 535-539 (2013).
- Lehn, J. M. Perspectives in Chemistry – Steps towards Complex Matter. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 2836-2850 (2013).
- Mattia, E., Otto, S. Supramolecular Systems Chemistry. Nat. Nanotechnol. 10, 111-119 (2015).
- Leh, J. M. . Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives. , (1995).
- Escárcega-Bobadilla, M. V., et al. Nanorings and Rods Interconnected by Self-Assembly Mimicking an Artificial Network of Neurons. Nat. Commun. 4, 2648 (2013).
- Gegenhuber, T., et al. Noncovalent Grafting of Carbon Nanotubes with Triblock Terpolymers: Toward Patchy 1D Hybrids. Macromolecules. 48, 1767-1776 (2015).
- Peng, H., Alemany, L. B., Margrave, J. L., Khabashesku, V. N. Sidewall Carboxylic Acid Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 125, 15174-15182 (2003).
- Furtado, C. A., Kim, U. J., Gutierrez, H. R., Pan, L., Dickey, E. C., Ecklund, P. C. Debundling and Dissolution of Single-Walled Carbon Nanotubes in Amide Solvents. J. Am. Chem. Soc. 126, 6095-6105 (2004).
- Jeon, J. H., Lim, J. H., Kim, K. M. Fabrication of Hybrid Nanocomposites with Polystyrene and Multiwalled Carbon Nanotubes with Well-Defined Polystyrene via Multiple Atom Transfer Radical Polymerization. Polymer. 50, 4488-4495 (2009).
- Kim, M., Hong, C. K., Choe, S., Shim, S. E. Synthesis of Polystyrene Brush on Multiwalled Carbon Nanotubes Treated with KMnO4 in the Presence of a Phase-Transfer Catalyst. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 45, 4413-4420 (2007).
- Oliveira, E. Y. S., Bode, R., Escárcega-Bobadilla, M. V., Zelada-Guillén, G. A., Maier, G. Polymer Nanocomposites from Self-Assembled Polystyrene-Grafted Carbon Nanotubes. New J. Chem. 40, 4625-4634 (2016).
- Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. . The Manipulation of Air-Sensitive Compounds. , (1986).
- Bressy, C., Ngo, V. G., Ziarelli, F., Margaillan, A. New Insights into the Adsorption of 3-(Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate on Hydroxylated ZnO Nanopowders. Langmuir. 28, 3290-3297 (2012).
- Wu, X., Qiu, J., Liu, P., Sakai, E., Lei, L. Polystyrene Grafted Carbon Black Synthesis via in situ Solution Radical Polymerization in Ionic Liquid. J. Polym. Res. 20, 167 (2013).
