Pfropfen Multiwalled Carbon Nanotubes mit Polystyrol Selbstmontage ermöglichen und anisotropen führt
Summary
Ein Verfahren für die Synthese von Polystyrol-veredelten Multiwalled Carbonnanotubes mit aufeinanderfolgenden chemische Modifikation Schritte zu selektiv einzuführen, die Polymerketten an den Seitenwänden und ihre Selbstmontage ist über anisotrope führt vorgestellt.
Abstract
Wir zeigen ein einfache Protokoll zur unberührten Multiwalled Carbonnanotubes (MWCNTs) Transplantat mit Polystyrol (PS) Ketten an den Seitenwänden durch eine radikalische Polymerisation Strategie um die Modulation der Nanotube Oberflächeneigenschaften zu ermöglichen und supramolekulare Selbstmontage der Nanostrukturen zu produzieren. Eine selektive Hydroxylierung von der unberührten Nanotubes durch eine Oxidationsreaktion biphasische katalytisch vermittelte erstellt zuerst oberflächlich verteilte reaktive Zentren an den Seitenwänden. Die letzteren reaktiven Zentren werden anschließend mit Methacrylat Moieties mit Silylated Methacrylat Vorläufer polymerisierbaren Websites erstellen geändert. Diese polymerisierbaren Gruppen können weitere Polymerisation von Styrol herstellen ein Hybrid Nanomaterials mit PS-Ketten, die an den Seitenwänden Nanotube gepfropft ansprechen. Polymer-Transplantat Inhalt, Menge an Silylated Methacrylat Moieties eingeführt und Hydroxylierung Modifikation von den Nanotubes sind identifiziert und quantifiziert durch thermogravimetrische Analyse (TGA). Das Vorhandensein von reaktiven funktionellen Gruppen Hydroxyl und Silylated Methacrylat werden durch Fourier transformieren Infrarot-Spektroskopie (FT-IR) bestätigt. Polystyrol-gepfropft Carbon Nanotube Lösungen in Tetrahydrofuran (THF) bieten Teppichböden so selbstgebaute Nanoröhren als Proben von Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) analysiert werden. Diese selbst-Assemblys sind nicht erhalten, wenn geeignete Rohlinge aus analogen Lösungen, die nicht veredelten Gegenstücke enthalten ebenso gewirkt werden. Diese Methode ermöglicht somit, die Änderung der Nanotube anisotropen führt an den Seitenwänden resultiert in spontanen Auto-Organisation im Nanobereich.
Introduction
Seit der Entdeckung von einwandig Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCNTs),1,2 die wissenschaftlichen Gemeinschaften haben ihre hervorragenden elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften3 in einer Vielzahl von innovativen angewendet Anwendungen durch Modulation ihrer Oberflächeneigenschaften über kovalente4 und nicht-kovalente5 Strategien. Beispiele für diese Anwendungen ihre Verwendung als Wandler in Sensoren,6,7 Elektroden in Solarzellen,8 heterogene unterstützt in der Katalyse,9 Nanoreaktoren in Synthese,10 Anti-fouling Agenten in Schutzfolien,11 Füllstoffe in Verbundwerkstoffen,12etc.. Jedoch blieb die Möglichkeit, die Oberflächeneigenschaften von ihren robuster und dennoch industriell verfügbaren Multiwalled Pendants nämlich, MWCNTs, Steuern die Richtwirkung in ihrer nicht-kovalente Wechselwirkungen im Nanobereich, modulieren eine schwierige Aufgabe so weit. 13
Supramolekulare Selbstmontage der molekularen Bausteine ist eines der vielseitigsten Strategien um die Organisation der Materie auf der Nanoebene steuern. 14 , 15 in diesem Sinne supramolekulare Interaktionen beinhalten direktionale, Kurzstrecken- und Mid-Range-nicht-kovalente Wechselwirkungen wie H-Bindung, Van der Waals, Dipol-Dipol, Ion-Dipol, Dipol-induzierte Dipol, π-π stapeln, π-kation, Anion-π, Coulomb, unter anderem. 16 leider Direktionalität in Selbstmontage für größere Strukturen wie MWCNTs ist nicht spontan und erfordert in der Regel externe bewegenden Kräfte (z. B. Vorlagen oder Energiesysteme Verlustleistung). 17 ein den letzten Bericht verwendet nicht-kovalente Umwickeln von Nanotubes mit maßgeschneiderten Copolymere, Letzteres,18 aber die Verwendung von kovalente Strategien, um neue Alternativen zu bieten, um dieses Problem zu lösen verfolgen blieben kaum erforscht.
Chemische Modifikation von Kohlenstoff-Nanoröhren kann selektiv erfolgen, verschiedene funktionelle Gruppen Termini oder an den Seitenwänden des gleichen einzuführen. 19 , 20 Polymer-Pfropfen durch standard Polymerisation Routen ist einer der nützlichsten Ansätze, die Oberflächeneigenschaften in Kohlenstoff-Nanostrukturen anzupassen. In der Regel, diese Ansätze beinhalten die vorläufige Einführung der polymerisierbaren oder Initiator Gruppen (Acryl, Vinyl, etc.) auf der Nanostruktur Oberfläche und ihre nachfolgende Polymerisation mit einem geeigneten Monomer. 21 bei MWCNTs, ist die kovalente Einführung der Polymerketten an den Seitenwänden, deren führt in einem anisotropen Wohnort zu kontrollieren eine Herausforderung geblieben.
Hier zeigen wir, wie eine Reihe von einfachen chemischen Modifizierung Schritte22,23 angewendet werden kann, um PS-Ketten an den Seitenwänden des MWCNTs einzufügen, um ihre Oberfläche führt zu ändern und ihre anisotropen zu fördern Self-assembly23 im Nanobereich. Während der Änderung Route gesteht ein erster Schritt für die selektive Hydroxylierung des unberührten MWCNTs an den Seitenwänden durch Anschluss an eine biphasische katalytisch Oxidationsreaktion hydroxylierten Pendants ergeben nämlich MWCNT-OH vermittelt. In einem zweiter Schritt verwendet 3-(Trimethoxysilyl) Propyl Methacrylat (TMSPMA), die zuvor erstellte Hydroxylgruppen (MWCNT-O-TMSPMA) Silylated Methacrylat Moieties vorzustellen. Diese Einsätze werden Oberfläche reaktive Zentren in einem dritten Schritt wenn Styrol Monomer aus der Methacrylat Moieties so nachgiebig Polymerketten veredelt, die Seitenwände der Nanoröhren am Ende (d.h. MWCNT-O-PS) polymerisiert ist, bieten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bei dieser Methode gibt es einige Schritte, die zur Folge entscheidend für einen erfolgreichen Pfropfen Prozess zu gewährleisten. Erstens sollten die biphasische katalytisch vermittelte Oxidationsreaktion (Schritt 1.1) mit vor kurzem dispersen Kohlenstoff-Nanoröhren (Schritt 1.1.1.5.) durchgeführt werden. Wenn Streuung ergibt sich entsprechend den Empfehlungen des Protokolls nicht lebensfähig, wäre die Verwendung von einem Ultraschall Tipp Sonikator hilfreich sein, wenn die gleichen Hinweise (Schritt 1.1.1.6) verwe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten die FQ-PAIP und DGAPA-PAPIIT-Programme von der nationalen autonomen Universität von Mexiko (Grant-Nummern 5000-9158, 5000-9156, IA205616 und IA205316) zu bestätigen und der National Council for Science and Technology aus Mexiko – CONACYT-(Anzahl gewähren 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 |
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