Greffage des Nanotubes de carbone multiparois avec polystyrène pour permettre à l’auto-assemblage et morcellement anisotrope
Summary
Une procédure pour la synthèse de nanotubes de carbone multiparois polystyrène-greffés à l’aide de modification chimique successifs les étapes sélectivement pour introduire les chaînes de polymère à flancs et leur auto-assemblage est via anisotrope morcellement présenté.
Abstract
Nous démontrons un protocole simple pour greffer des nanotubes de carbone multiparois vierge (NCPM) avec des chaînes de polystyrène (PS) sur les flancs par une stratégie de polymérisation radicalaire pour permettre la modulation des propriétés de la surface de nanotubes et produire supramoléculaire autoassemblage des nanostructures. Tout d’abord, une hydroxylation sélective des nanotubes vierges par une réaction d’oxydation biphasique catalytiquement médiée crée superficiellement distribués sites réactifs à flancs. Les derniers sites réactifs sont modifiés par la suite avec méthacrylique moitiés à l’aide de précurseur méthacrylique silylée pour créer des sites polymérisables. Ces groupes polymérisables peuvent traiter plue polymérisation du styrène pour produire un nanomatériau hybride contenant des chaînes de PS greffés sur les flancs de nanotube. La teneur en polymère-greffons, la quantité de silylée méthacrylique moitiés introduit et la modification d’hydroxylation des nanotubes sont identifiés et quantifiés par l’analyse thermogravimétrique (ATG). La présence de groupements fonctionnels réactifs hydroxyle et silylée méthacrylate sont confirmées par spectroscopie infrarouge transformer de Fourier (FT-IR). Solutions de nanotube de carbone greffées en polystyrène dans le tétrahydrofurane (THF) fournissent de mur à mur collinearly auto-assemblés nanotubes lorsque des échantillons sont analysés par microscopie électronique à transmission (TEM). Ces assemblées autonomes ne sont pas obtenues lorsque les espaces appropriés sont de même monter des solutions analogues contenant des homologues non greffées. Par conséquent, cette méthode permet la modification de l’hétérogénéité anisotrope nanotube à flancs qui se traduit dans l’auto-organisation spontanée à l’échelle nanométrique.
Introduction
Depuis la découverte des nanotubes de carbone monofeuillet (simple couche),1,2 les communautés scientifiques ont appliqué leurs excellentes propriétés électriques, mécaniques et thermiques3 dans un large éventail de pointe demandes présentées par leurs propriétés de surface par l’intermédiaire covalent4 et non-covalentes5 stratégies de modulation. Exemples de ces applications leur utilisation comme transducteurs dans les capteurs,6,7 électrodes dans des cellules solaires,8 hétérogène prend en charge en catalyse,9 nanoréacteurs en synthèse,10 antisalissure agents dans les films de protection,11 agents de remplissage en matériaux composites,12etc.. Toutefois, la possibilité de moduler les propriétés de surface des leurs plus fortes, pourtant disponible industriellement multiparois homologues à savoir NCPM, pour contrôler la directionnalité dans leurs interactions non-covalentes à l’échelle nanométrique, est resté un difficile jusqu’à présent la tâche. 13
Supramoléculaire auto-assemblage moléculaires des blocs de construction est une des stratégies plus polyvalents pour contrôler l’organisation de la matière à l’échelle nanométrique. 14 , 15 en ce sens, les interactions supramoléculaires impliquent directionnelle, à courte distance et interactions non-covalentes milieu de gamme comme les liaisons hydrogènes, Van der Waals, dipôle-dipôle, ion-dipôle, dipôle dipôle induit, empilement π-π, π-cation, anion-π, Coulomb, Parmi d’autres. 16 malheureusement, directionnalité en auto-assemblage de grandes structures telles que les NCPM n’est pas spontanée et nécessite habituellement des forces de motivation externe (p. ex. modèles ou systèmes de dissipation d’énergie). 17 un emballage non covalents récente de rapport utilisé des nanotubes avec copolymères adaptées pour poursuivre l’objectif de ce dernier, de18 mais l’utilisation de stratégies covalents pour offrir de nouvelles alternatives pour résoudre ce problème sont restés peu explorés.
Modification chimique des nanotubes de carbone peut être effectuée sélectivement d’introduire différents groupes fonctionnels à la termini ou aux parois latérales de la même. 19 , 20 une des approches plus utiles pour adapter les propriétés de surface dans les nanostructures de carbone est polymère-greffe par des voies de polymérisation standard. En règle générale, ces démarches impliquent l’introduction préliminaire de polymérisables ou groupes d’initiateur (acrylique, vinyle, etc.) sur la surface de nanostructure et leur polymérisation successifs avec un monomère approprié. 21 dans le cas de NCPM, l’introduction covalente des chaînes de polymère sur les flancs pour contrôler leur morcellement de manière anisotrope est resté un défi.
Ici, nous allons montrer comment une série de modifications chimiques simples étapes22,23 peut être appliquée pour insérer les chaînes PS sur les flancs des NCPM afin de modifier leur morcellement de surface et de promouvoir leur anisotrope auto-assemblage23 à l’échelle nanométrique. Au cours de l’itinéraire de la modification, une première étape permet l’hydroxylation sélective de NCPM vierge à flancs en suivant un biphasique catalytiquement médiée par réaction d’oxydation pour donner les homologues hydroxylés nommément MWCNT-OH. La deuxième étape utilise 3-(triméthoxysilyl) méthyle propyle (TMSPMA) qui va présenter le silylée méthacrylique moitiés aux groupes hydroxyles créé précédemment (MWCNT-O-TMSPMA). Ces plaquettes fournira des sites réactifs surfaces pendant une troisième étape, lorsque styrène monomère est polymérisée des fractions méthacrylique, produisant ainsi des chaînes de polymères greffés sur les flancs des nanotubes à la fin (p. ex. MWCNT-O-PS).
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette méthode, il y a quelques étapes qui critique pour garantir un processus de greffage réussi. Tout d’abord, la réaction d’oxydation biphasique catalytiquement médiée (étape 1.1) doit être réalisée avec des nanotubes de carbone récemment dispersés (étape 1.1.1.5). Si la dispersion des résultats non viable selon les recommandations figurant dans le protocole, l’utilisation d’un sonicateur ultrasonique Astuce serait utile si vous utilisez les mêmes indications (étape 1.1.1.6). À l’aide de…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier les programmes FQ-PAIP et PAPIIT-DGAPA de l’Université nationale autonome du Mexique (subvention numéros 5000-9158, 5000-9156, IA205616 et IA205316) et le Conseil National pour la Science et technologie du Mexique – CONACYT-(nombre de subventions 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
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