Summary

Injerto de nanotubos de carbono pirólisis con poliestireno para permitir uno mismo-Asamblea y pliegues anisotrópico

Published: April 01, 2018
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Summary

Un procedimiento para la síntesis de nanotubos de carbono de la pirólisis de poliestireno injertado mediante modificación química sucesivos pasos a selectivamente introducir las cadenas del polímero en las paredes laterales y su uno mismo-montaje mediante pliegues anisotrópico es presentado.

Abstract

Demostramos un protocolo sencillo para injerto de nanotubos de carbono pirólisis prístina (ello) con cadenas de poliestireno (PS) en las paredes laterales a través de una estrategia de polimerización de radicales libres para permitir la modulación de las propiedades superficiales de nanotubos y producir uno mismo-montaje de las nanoestructuras supramoleculares. En primer lugar, una hidroxilación selectiva de los nanotubos prístinas a través de una reacción de oxidación bifásico catalítico mediada crea sitios reactivos superficialmente distribuidos en las paredes laterales. Los últimos sitios reactivos se modifican posteriormente con grupos metacrilato utilizando sililada metacrílico precursor para crear sitios polimerizables. Esos grupos polimerizables pueden abordar otra polimerización de estireno para producir un nanomaterial híbrido que contiene cadenas PS injertadas a los flancos de nanotubos. El contenido de polímero-injerto, cantidad de sililada metacrílico moieties introducido y modificación de la hidroxilación de los nanotubos son identificados y cuantificados por análisis termogravimétrico (TGA). Se confirma la presencia de grupos funcionales reactivos del oxhidrilo y sililada metacrilato por Fourier transforman espectroscopía infrarroja (FT-IR). Soluciones de nanotubos de carbono de poliestireno injertado en tetrahidrofurano (THF) proporcionan pared nanotubos collinearly uno mismo-montado cuando las muestras son analizadas por microscopia electrónica de transmisión (TEM). Ésos uno mismo-asambleas no se obtienen cuando espacios adecuados son asimismo de soluciones análogas con contrapartes no injertado. Por lo tanto, este método permite la modificación de los pliegues anisotrópico de nanotubos en las paredes laterales que se traduce en auto-organización espontánea en la nanoescala.

Introduction

Desde el descubrimiento de los nanotubos de carbono de pared única (SWCNTs),1,2 las comunidades científicas han aplicado sus excelentes propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas3 en una amplia gama de vanguardia aplicaciones por sus propiedades de superficie vía covalente4 y no covalentes5 estrategias de modulación. Ejemplos de estas aplicaciones incluyen su uso como transductores sensores,6,7 electrodos en celdas solares,8 heterogéneos admite en catálisis, nanoreactors9 en síntesis,10 antiincrustantes agentes de películas protectoras,11 rellenos en materiales compuestos,12etcetera. Sin embargo, la posibilidad de modular las propiedades superficiales de los más robustos, pero industrialmente disponible pirólisis contrapartes, a saber, ello, para el control de la direccionalidad en sus interacciones no covalentes en la nanoescala, ha mantenido una difícil tarea hasta ahora. 13

Supramolecular uno mismo-Asamblea moleculares de bloques de construcción es una de las estrategias más versátiles para el control de la organización de la materia a escala nanométrica. 14 , 15 en este sentido, las interacciones supramoleculares implican direccional, de corto alcance y gama media interacciones no covalentes tales como H-enlaza, Van der Waals, dipolo-dipolo, ion-dipolo, dipolo dipolo inducido, apilamiento π-π, catión-π, anión-π, coulombic, entre otros. 16 Desafortunadamente, direccionalidad en uno mismo-montaje de estructuras más grandes como ello no es espontáneo y requiere generalmente las fuerzas motivo externo (por ejemplo, plantillas o sistemas de disipación de energía). 17 un envoltorio no covalentes de reciente informe utilizado de nanotubos con copolímeros a medida para perseguir el objetivo último,18 pero el uso de estrategias covalentes para ofrecer nuevas alternativas para resolver el problema han permanecido apenas explorado.

Modificación química de nanotubos de carbono puede realizarse selectivamente para introducir diferentes grupos funcionales a la termini o a las paredes laterales de la misma. 19 , 20 uno de los métodos más útiles para adaptar las propiedades superficiales en nanoestructuras de carbono es el polímero de injerto a través de rutas de polimerización standard. Por lo general, los métodos implican la introducción preliminar de polimerizables o grupos de iniciador (acrílico, vinilo, etcetera) en la superficie de nanoestructura y su polimerización sucesiva con un monómero adecuado. 21 en el caso de ello, la introducción covalente de las cadenas de polímero en las paredes laterales para el control de sus pliegues de forma anisotrópica sigue siendo un desafío.

Aquí mostramos cómo se puede aplicar una serie de pasos de fácil modificación química22,23 para insertar cadenas de PS en las paredes laterales de ello con el fin de modificar sus pliegues superficiales y para promover su anisotrópico uno mismo-Asamblea23 a escala nanométrica. Durante el recorrido de la modificación, un primer paso permite la hidroxilación selectiva de ello inmaculado en las paredes laterales siguiendo un bifásico catalítico mediada por reacción de oxidación para producir, a saber, las contrapartes hidroxiladas MWCNT-OH. Un segundo paso utiliza 3-(trimetoxisilil) metacrilato de propilo (TMSPMA) para introducir moléculas de metacrilato sililada a los grupos del oxhidrilo creado anteriormente (MWCNT-O-TMSPMA). Estas piezas se ofrecen sitios reactivos superficiales durante un tercer paso, cuando se polimeriza el monómero de estireno de las moléculas de metacrilato así que las cadenas de polímero injertadas a las paredes laterales de los nanotubos en el final (es decir MWCNT-O-PS).

Protocol

PRECAUCIÓN: Consulte todas las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) antes de su uso. Varios de los productos químicos utilizados en el presente Protocolo son muy tóxicos y cancerígenos. Derivados de nanotubos de carbono pueden tener peligros respiratorios adicionales comparados con otros alótropos del carbono tradicional a granel. Se sospecha que los nanotubos de carbono en aerosol pueden afectar los pulmones de una manera similar que el amianto, aunque sus propiedades carcinogénicas no sido totalmente a…

Representative Results

Se recogieron datos TGA de nanotubos prístinos, nanotubos hidroxilados, nanotubos modificados con partes de metacrilato sililada y nanotubos de poliestireno injertado (figura 1). Resultados de FT-IR se recolectaron de nanotubos hidroxilados y nanotubos modificación con sililada metacrílico fracciones (figura 2). Se recolectaron imágenes TEM de nanotubos de prístinos y nanotubos de poliestireno injertado (<strong class="xfig"…

Discussion

En este método, hay algunos pasos que resultan fundamentales para garantizar un exitoso proceso de injerto. En primer lugar, la reacción de oxidación bifásico catalítico mediada (paso 1.1) debe llevarse a cabo con nanotubos de carbono recientemente dispersos (paso 1.1.1.5). Si la dispersión resulta inviable según las recomendaciones contenidas en el protocolo, el uso de un sonicador ultrasónico punta sería útil si usa las mismas indicaciones (paso 1.1.1.6). Utilización de ello más corto también puede ayudar …

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nos gustaría reconocer los programas de FQ-PAIP y DGAPA-PAPIIT de la Universidad Nacional Autónoma de México (números de concesión 9158 5000, 5000-9156, IA205616 y IA205316) y el Consejo Nacional de ciencia y tecnología de México – CONACYT-(número de concesión 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

Referencias

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Arenas-García, J., Escárcega-Bobadilla, M. V., Zelada-Guillén, G. A. Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness. J. Vis. Exp. (134), e56267, doi:10.3791/56267 (2018).

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