Sintesi e funzionalizzazione di azoto drogati Coppe nanotubi di carbonio con nanoparticelle di oro come tappi di sughero
Summary
Abbiamo discusso la sintesi dei singoli nanocups grafitici utilizzando una serie di tecniche tra cui la deposizione di vapore chimico, l'ossidazione degli acidi e sonda-tip sonicazione. Con la riduzione citrato di HAuCl<sub> 4</sub>, I nanocups graphitic erano efficacemente tappate con oro nanoparticelle dovuta ai bordi chimicamente reattivi delle coppe.
Abstract
Nanotubi di carbonio Azoto drogati sono costituiti da molti scomparti grafite a forma di coppa definito come azoto drogati tazze di nanotubi di carbonio (NCNCs). Questi nanocups grafitiche come-sintetizzati dal metodo di deposizione chimica da vapore (CVD) sono stati accatastati in maniera testa-coda tenuto solo attraverso interazioni non covalenti. NCNCs individuali possono essere isolati dalla loro struttura di impilamento attraverso una serie di processi di separazione chimica e fisica. Prima, come NCNCs-sintetizzati sono stati ossidati in una miscela di acidi forti per introdurre difetti contenenti ossigeno alle pareti grafitico. I NCNCs ossidate sono stati elaborati utilizzando ad alta intensità sonda a punta sonicazione che di fatto separa le NCNCs impilati in singole nanocups grafite. A causa della loro abbondante ossigeno e azoto funzionalità superficiali, le singole NCNCs portato sono altamente idrofili e possono essere efficacemente funzionalizzati con nanoparticelle di oro (PNL), che preferenzialmente adattano nell'aperturadelle coppe come tappi di sughero. Questi nanocups grafitiche tappato con PNL possono trovare applicazioni promettenti come contenitori nanoscala e dei vettori di droga.
Introduction
Con le loro cavità interne inerenti e la chimica di superficie versatile, nanomateriali cave a base di carbonio, come i nanotubi di carbonio (CNT), sono considerati buoni nanocarriers nelle applicazioni di consegna della droga. 1,2 Tuttavia, la struttura fibrillare del CNT incontaminate ha piuttosto inaccessibile cava interni e possono causare una risposta infiammatoria grave ed effetti citotossici nei sistemi biologici. 3,4 CNT Azoto-drogati, d'altra parte, sono stati trovati in possesso di biocompatibilità superiore non drogato nanotubi di carbonio multiwalled (MWCNT) 5,6 e possono avere una migliore droga prestazioni di consegna. Doping di atomi di azoto nei nanotubi reticoli grafitiche risultati in una struttura cava compartmented simile tazze impilate che possono essere separati fuori per ottenere le singole tazze di nanotubi di carbonio-azoto drogate (NCNCs) con lunghezza tipica meno di 200 nm. 7,8 Con i loro interni accessibili e funzionalità di azoto che permettono un'ulteriore chimicafunzionalizzazione, queste coppe individuali grafitiche sono estremamente vantaggiosa per le applicazioni di consegna della droga.
Tra i diversi metodi sintetici per azoto drogati CNT compresi arc-scarico 9 e dc magnetron sputtering, deposizione di vapore chimico 10 (CVD) è il metodo più diffuso a causa di diversi vantaggi come la resa più elevata e più facile controllo sulle condizioni di crescita di nanotubi. Il meccanismo di crescita vapore-liquido-solido (VLS) è comunemente impiegato per comprendere il processo di crescita CVD di CNT azoto drogati. 11 Generalmente ci sono due differenti schemi di usare semi metallo catalizzatore nella crescita. Nello schema "letto fisso", le nanoparticelle di ferro con dimensioni definite sono stati sintetizzati dalla decomposizione termica di pentacarbonile ferro e poi piastrati su vetrini quarzo da spin coating per la successiva crescita CVD. 12 Nello schema "galleggiante catalizzatore", catalizzatore di ferro (in genere ferrocene) è stato miscelato e iniettato con carbonio ed nprecursori itrogen, e la decomposizione termica di ferrocene fornito generazione in situ di nanoparticelle catalitiche ferro su cui sono stati depositati il carbonio e precursori di azoto. Mentre catalizzatore a letto fisso fornisce un migliore controllo dimensioni negli NCNCs derivano, la resa del prodotto è tipicamente inferiore (<1 mg) rispetto al regime catalizzatore galleggiante (> 5 mg) per la stessa quantità di tempo e precursore crescita. Poiché il regime catalizzatore galleggiante fornisce anche distribuzione di dimensione abbastanza uniforme di NCNCs, è stato adottato in questo lavoro per CVD sintesi di NCNCs.
Metodo CVD permette NCNCs come di sintesi che presentano fibrille morfologia fatta di tante tazze impilate. Anche se non c'è legame chimico tra coppe adiacenti, 8 sfide rimangono in un efficace isolamento delle singole coppe, perché sono saldamente inseriti l'uno nelle cavità e detenute da molteplici interazioni non covalenti e uno strato esterno di carbonio amorfo. 8 AtteMPTS per separare le tazze impilate includono sia approcci chimici e fisici. Mentre i trattamenti di ossidazione in una miscela di acidi forti è una procedura tipica per tagliare CNT e introdurre funzionalità ossigeno, 13,14 può anche essere applicato a tagliare NCNCs in sezioni più brevi. Microonde procedure di incisione al plasma hanno anche dimostrato di separare le NCNCs 15. Rispetto agli approcci chimici, la separazione fisica è più semplice. Il nostro studio precedente ha mostrato che con la semplice rettifica con un mortaio e pestello singoli NCNCs può essere parzialmente isolato dalla loro struttura impilata. 7 Inoltre, ad alta intensità di sonda-tip sonicazione, che è stato segnalato per ridurre efficacemente i nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNTs) , 16 è stato anche dimostrato di avere un effetto significativo sulla separazione dei NCNCs. 8 La sonicazione sonda a punta offre una potenza ad alta intensità di ultrasuoni per la soluzione NCNC che essenzialmente "scuote" le tazze impilate e distrugge i deboli InteraZIONI che tengono le tazze insieme. Mentre altri potenziali metodi di separazione sono o inefficaci o distruttivo per la struttura di coppa, la sonda a punta sonicazione fornisce una altamente efficace, economicamente efficiente e meno distruttivo metodo di separazione fisica per ottenere singole coppe grafite.
Il come-sintetizzato fibrille NCNCs sono stati trattati prima in H 2 SO 4 concentrato / HNO 3 miscela di acidi prima della loro separazione con sonda a punta sonicazione. Le NCNCs separati risultanti erano altamente idrofilo ed efficacemente dispersi in acqua. Abbiamo precedentemente identificato funzionalità di azoto, come gruppi amminici sulla NCNCs e utilizzato la loro reattività chimica per NCNCs funzionalizzazione. 7,8,17 Rispetto al nostro metodo riportato in precedenza di tappatura NCNCs con nanoparticelle commerciali, 8 in questo lavoro, le nanoparticelle d'oro (PNL) sono stati efficacemente ancorata alla superficie delle coppe per riduzione citrato da acido chloroauric. A causa dila distribuzione preferenziale delle funzionalità di azoto sul aperta cerchi di NCNCs, PNL sintetizzati in situ dai precursori oro tendevano ad avere una migliore interazione con l'Open cerchi e forma PNL "tappi" sulle coppe. Tale sintesi e metodi di funzionalizzazione hanno portato ad un romanzo PNL NCNC ibrido nanomateriale per potenziali applicazioni come vettori di consegna della droga.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'obiettivo primario dei nostri esperimenti è stato quello di produrre efficacemente nanocups grafitiche dal CNT azoto drogati. Tuttavia, azoto-doping nella sintesi CVD non garantisce la formazione della struttura a tazza impilati. A seconda della composizione chimica del precursore e di altre condizioni di crescita, la morfologia del prodotto dato può variare molto. 19 La concentrazione della fonte di azoto è il fattore principale che influenza la struttura perché i risultati dalla struttura comparti…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da un NSF CARRIERA Premio n ° 0.954.345.
Materials
| Reagent Name | Company | Catalogue Number | Comment |
| Reagents | |||
| H2 | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ar | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ferrocene | Sigma-Aldrich | F408-500G | |
| Xylenes | Fisher Scientific | X5-500 | |
| Acetonitrile | EMD | AXO149-6 | |
| H2SO4 | Fisher Scientific | A300-500 | |
| HNO3 | EMD | NX0409-2 | |
| DMF | Fisher Scientific | D119-500 | |
| Ethanol | Decon | 2716 | |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P1037-100G | |
| Pyridine | EMD | PX2020-6 | |
| Hydridantin | Sigma-Aldrich | H2003-10G | |
| Ninhydrin | Alfa Aesar | 43846 | |
| HAuCl4 | Sigma-Aldrich | 52918-1G | |
| Sodium Citrate | SAFC | W302600 | |
| Equipment | |||
| CVD Furnace | Lindberg/Blue | ||
| TEM (low-resolution) | FEI Morgagni | ||
| TEM (high-resolution) | JOEL | 2100F | |
| Probe-tip Sonicator | Qsonica | XL-2000 | |
| UV-Vis Spectrometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Zeta Potential Analyzer | Brookheaven | ZetaPlus | |
| EDX spectroscopy | Phillips | XL30 FEG |
Riferimenti
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