Synthèse et fonctionnalisation des dopé à l'azote Coupes de nanotubes de carbone avec des nanoparticules d'or que les bouchons de liège
Summary
Nous avons discuté de la synthèse de nanocups graphite individuels en utilisant une série de techniques, y compris le dépôt chimique en phase vapeur, l'oxydation des acides et sonication pointe de sonde. Par la réduction de citrate de HAuCl<sub> 4</sub>, Les nanocups graphite étaient effectivement bouché avec des nanoparticules d'or en raison des bords chimiquement réactifs des tasses.
Abstract
Les nanotubes de carbone dopés à l'azote se composent de nombreux compartiments de graphite en forme de coupe appelées les tasses de nanotubes carbone dopés à l'azote (NCNCs). Ces nanocups graphite telles que synthétisées de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) de la méthode ont été empilés dans un mode tête-à-queue qui s'est tenue uniquement par des interactions non covalentes. NCNCs individuels peuvent être isolés de leur structure d'empilement dans une série de procédés de séparation chimiques et physiques. Tout d'abord, comme NCNCs-synthétisés ont été oxydés en un mélange d'acides forts pour introduire des défauts contenant de l'oxygène sur les parois de graphite. Les NCNCs oxydées ont ensuite été traitées à l'aide de haute intensité pointe de sonde ultrasons qui sépare efficacement les NCNCs empilés dans nanocups graphite individuels. En raison de leur oxygène abondante et fonctionnalités de surface d'azote, les NCNCs individuels abouti sont très hydrophiles et peuvent être efficacement fonctionnalisés avec des nanoparticules d'or (PNB), qui s'inscrivent de préférence dans l'ouverturedes tasses que des bouchons de liège. Ces nanocups graphite bouchées avec PNB peuvent trouver des applications prometteuses comme récipients nanométriques et les transporteurs de drogue.
Introduction
Avec leurs cavités intérieures inhérentes et la chimie polyvalent de surface, les nanomatériaux à base de carbone creux, tels que les nanotubes de carbone (NTC), sont considérés comme de bons nanocarriers dans les applications d'administration de médicaments. 1,2 Toutefois, la structure des fibrilles de NTC vierges a plutôt inaccessible creux intérieurs et peuvent causer de graves réponse inflammatoire et des effets cytotoxiques dans les systèmes biologiques. 3,4 CNT dopé à l'azote, d'autre part, ont été trouvés à posséder une biocompatibilité supérieure non dopés nanotubes de carbone à parois multiples (NTC) 5,6 et peuvent avoir un meilleur médicament les performances de livraison. Dopage d'atomes d'azote dans les nanotubes treillis graphite résultats dans une structure creuse compartimenté ressemblant tasses empilées qui peuvent être séparés de manière à obtenir tasses de nanotubes de carbone dopés à l'azote individuels (NCNCs) avec une longueur typique de moins de 200 nm. 7,8 Avec leurs intérieurs accessibles et fonctionnalités d'azote qui permettent davantage chimiquefonctionnalisation, ces tasses graphite individuels sont très avantageux pour les applications d'administration de médicaments.
Parmi les différentes méthodes de synthèse de nanotubes de carbone dopés à l'azote, y compris l'arc de décharge 9 et dc pulvérisation magnétron, 10 dépôt chimique en phase vapeur (CVD) a été la méthode la plus répandue en raison de plusieurs avantages tels que le rendement et faciliter le contrôle sur les conditions de croissance des nanotubes. Le mécanisme de croissance en phase vapeur-liquide-solide (VLS) est couramment employé pour comprendre le processus de croissance CVD des nanotubes de carbone dopés à l'azote. 11 Généralement, il ya deux régimes différents d'utiliser des semences de catalyseur métallique dans la croissance. Dans le schéma "lit fixe", les nanoparticules de fer avec des tailles définies ont d'abord été synthétisés par décomposition thermique de pentacarbonyle de fer et ensuite étalées sur des lames de quartz par dépôt à la tournette d'une croissance subséquente CVD. 12 Dans le régime «de catalyseur flottant", le catalyseur fer (typiquement ferrocène) ont été mélangés et injectés avec du carbone et nles précurseurs de itrogen, et la décomposition thermique du ferrocène fourni génération in situ de nanoparticules catalytiques fer sur laquelle le carbone et les précurseurs d'azote ont été déposés. Alors que catalyseur à lit fixe permet un meilleur contrôle de la taille au cours des NCNCs qui en résultent, le rendement du produit est généralement plus faible (<1 mg) par rapport au régime de catalyseur flottante (> 5 mg) pour la même quantité de précurseur et un temps de croissance. Comme le système de catalyseur flottant offre également la distribution de NCNCs de taille assez uniforme, il a été adopté dans le présent document de synthèse CVD de NCNCs.
Procédé CVD offre NCNCs telles que synthétisées qui présentent des fibrilles morphologie composée de nombreuses tasses empilées. Bien qu'il n'y ait pas de liaison chimique entre coupes adjacentes, 8 défis demeurent dans l'isolement efficace des coupes individuelles parce qu'ils sont fermement insérés dans les cavités de l'autre et maintenues par de multiples interactions non covalentes et une couche extérieure de carbone amorphe. 8 AtteMPTS pour séparer les tasses empilées comprennent à la fois des approches chimiques et physiques. Bien que les traitements d'oxydation dans un mélange d'acides forts est une procédure typique de couper NTC et d'introduire des fonctionnalités d'oxygène, 13,14 il peut également être appliqué à couper NCNCs en sections plus courtes. Micro-ondes procédures de gravure par plasma ont également été montré pour séparer les NCNCs. 15 Comparativement aux approches chimiques, la séparation physique est plus simple. Notre étude antérieure a montré que le simple broyage avec un mortier et un pilon NCNCs individuels peuvent être partiellement isolés de leur structure empilée. 7 En outre, à haute intensité de sonication pointe de sonde, qui a été signalé à réduire efficacement les nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT) , 16 a également été montré pour avoir un effet significatif sur la séparation des NCNCs. 8 Le traitement par ultrasons pointe de sonde délivre une puissance de haute intensité ultrasons à la solution que NCNC essentiellement "secoue" les tasses empilées et perturbe le faible interactions qui détiennent les tasses ensemble. Alors que d'autres méthodes de séparation potentiels sont soit inefficaces ou destructeur pour la structure de coupe, pointe de sonde ultrasons fournit une méthode de séparation physique très efficace, rentable et moins destructeur pour obtenir tasses graphite individuels.
Les fibrilles NCNCs telle que synthétisée ont d'abord été traitée dans concentré H 2 SO 4 / HNO 3, mélange d'acide avant la séparation par sonication pointe de sonde. Les NCNCs séparés résultants ont été fortement hydrophile et efficacement dispersés dans l'eau. Nous avons déjà identifié des fonctionnalités d'azote, comme les groupes amines sur NCNCs et utilisé leur réactivité chimique pour NCNCs fonctionnalisation. 7,8,17 rapport à notre méthode décrite précédemment de bouchage NCNCs avec des nanoparticules commerciales, 8 dans ce travail, les nanoparticules d'or (PNB) ont été efficacement ancrée à la surface des coupelles par réduction de citrate à partir d'acide chloroaurique. Grâce àla répartition préférentielle des fonctionnalités d'azote sur le marché libre jantes de NCNCs, les PNB synthétisés in situ à partir des précurseurs de l'or ont tendance à avoir une meilleure interaction avec les jantes ouverts et la forme du PNB "bouchons" sur les tasses. Une telle synthèse et les méthodes de fonctionnalisation ont abouti à un roman PNB NCNC hybride nanomatériaux pour des applications potentielles comme porteurs d'administration de médicaments.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'objectif principal de nos expériences était de produire efficacement nanocups graphite à partir de nanotubes de carbone dopés à l'azote. Cependant, l'azote dopage dans la synthèse CVD ne garantit pas la formation de la structure en forme de coupe empilés. En fonction de la composition chimique du précurseur et d'autres conditions de croissance, la morphologie du produit donné peut varier beaucoup. 19 La concentration en source d'azote est le principal facteur influençant la str…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par une bourse de carrière NSF n ° 0954345.
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 |
Referências
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