Este trabajo fue apoyado por un premio CARRERA NSF No. 0.954.345.

1. ECV Síntesis de nitrógeno dopados Copas de nanotubos de carbono (NCNCs) NCNCs se sintetizaron empleando técnica de deposición de vapor químico (ECV) en el sustrato de cuarzo utilizando precursores líquidos (Figura 1A). <ol><li> Colocar un tubo de cuarzo largo 3 pies (2,5 cm ID) en un horno tubular Lindberg / azul como la cámara de reacción. Coloque una placa de cuarzo (1 &quot;x 12&quot;) en el interior del tubo como el sustrato para la recogida de producto. Selle el tubo de cuarzo con tapas de acero inoxidable de fabricación casera con una función de conexiones de gas y / tubos de inyección de líquido. </li><li> Prepare una solución de precursor líquido que contiene 0,75% en peso ferroceno, 10% en peso de acetonitrilo y 89,25% en peso de xileno. Antes de que el crecimiento, dibujar sobre 5 ml de precursor de líquido en una jeringa hermética a los gases conectado a la entrada para el tubo de cuarzo. Coloque la jeringa en una bomba de jeringa. </li><li> Montar el sistema de ECV. Conecte todos los de entrada y salida de gas. Flujo Ar (845 SCCM) para purgar el sistema de ECV y comprobar las fugas con nosotrosing Snoop detector de fugas líquido. Después de purgar durante 20 minutos, encienda el H2. Ajuste la velocidad de flujo de H 2 a 37,5 sccm y Ar a 127 sccm. Encienda el horno. Ajuste la temperatura del horno a 800 ° C y espere hasta que es estable a 800 ° C. </li><li> Utilice la bomba de jeringa para inyectar el precursor de líquido en el tubo de cuarzo. Ajuste la velocidad de inyección a 9 ml / h durante 6 minutos para llenar el volumen muerto del tubo inyector. Luego baje la velocidad de inyección de 1 ml / hr para el crecimiento de NCNCs. Después de 90 min de crecimiento, apague la bomba de inyección y el flujo de gas H 2, y apagar el horno. Sigue Ar fluye para mantener una atmósfera inerte hasta que el horno se enfrió a RT. </li><li> Desconecte todas las entradas y salidas de gas, y el sistema de inyección. Desmonte el sistema de ECV y tomar la placa de cuarzo a cabo. Use una hoja de afeitar de un solo lado de pelar la película NCNCs de la placa de cuarzo. Se dispersa el producto se recogió en etanol. Es necesaria la protección respiratoria para prevenir inhaling posibles materiales de carbono si el trabajo se lleva a cabo fuera de la campana de humos. </li></ol> 2. La oxidación de NCNCs tal como se sintetiza por una mezcla de ácidos <ol><li> Transferir unos 10 mg de NCNCs tal como se sintetiza a un matraz de fondo redondo de 200 ml. Añadir 7,5 ml de HNO3 concentrado en el matraz. Brevemente sonicar la mezcla en un baño de agua para una mejor dispersión. A continuación, añadir 22,5 ml de H 2 SO 4 concentrado lentamente. (PRECAUCIÓN: la mezcla de ácido fuerte es altamente corrosivo; manejar cuidadosamente estos ácidos con protección de seguridad.) Someter a ultrasonidos la mezcla de reacción en baño de agua a temperatura ambiente durante 4 h. </li><li> Se diluye la mezcla de reacción con 100 ml de agua mientras se enfría en baño de hielo. Se filtra la mezcla a través de una membrana de politetrafluoroetileno (PTFE) con tamaño de poro de 220 nm utilizando un aspirador de agua. </li><li> Se lava el material sobre la membrana de filtro con 200 ml de solución de NaOH 0,01 M para eliminar cualquier subproducto residual ácida. 18 A continuación, lavarcon 200 ml de solución 0,01 M de HCl, seguido de copiosa cantidad de agua hasta que se alcanzó un pH neutro del filtrado. Se dispersa el material resultante (oxidado NCNCs) en agua (20 ml) por tratamiento con ultrasonidos. La suspensión como resultado se puede almacenar a temperatura ambiente durante otros experimentos. </li></ol> 3. La separación física de NCNCs mediante sonicación con sonda de punta <ol><li> Transferir la suspensión de NCNCs oxidados en agua a un vaso de plástico de 100 ml colocado en baño de hielo. Llene el vaso de plástico a la marca de 50 ml con agua. Ajuste el sonicador de sonda de punta equipado con un &quot;diámetro de titanio micropunta cuarta magnitud máxima en 60% (12 W). Sumergir la micropunta para el centro de la solución y entonces el proceso durante 12 horas con 30 segundos de encendido / apagado intervalo. Cambiar el hielo cada 30 minutos para evitar el sobrecalentamiento. </li><li> Detener el tratamiento con ultrasonidos. Se filtra la suspensión NCNC a través de un tamaño de poro de membrana de filtro de PTFE de 220 nm para eliminar las partículas grandes. Las muestras NCNC resultantes pueden almacenar a temperatura ambiente para otras aplicaciones. </li&gt; <li> (Opcional) Como un experimento de comparación, dispersar otra muestra de NCNCs tal como se sintetiza en DMF y ultrasonidos directamente la suspensión con sonicación con sonda de punta de 12 horas a la misma configuración que el anterior. </li></ol> 4. Análisis cuantitativo de los grupos funcionales amina en NCNCs por el ensayo de Kaiser <ol><li> Prepare el reactivo A: mezcla 1 g de fenol y 250 l de EtOH en 2,5 ml de piridina, se añaden 50 l de 0,01 M hydrindantin en H 2 O a la mezcla. Preparar el reactivo B: disolver ninhidrina (50 mg) en 1 ml de EtOH. </li><li> Pesaba las muestras NCNCs (~ 0,5 mg) sobre una microbalanza y dispersarlos en 1 ml de 03:02 de EtOH / agua en pequeños tubos de ensayo. Añadir 100 l de reactivo A y 25 l de reactivo B a la suspensión de la muestra. Sellar los tubos de ensayo con parafilms y se calienta la mezcla a 100 ° C en baño de aceite durante 10 min. Se filtra la muestra a través de una jeringa de filtro para eliminar partículas sólidas y recoger la solución de filtrado. </li><li> Tome el espectro visible de la filtrarse para el análisis colorimétrico con la muestra en blanco hecho en el mismo proceso sin añadir NCNCs. Leer la absorbancia del pico centrado a 570 nm y calcular las cargas de amina de acuerdo con la ley de Beer-Lambert. </li></ol> 5. La funcionalización de NCNCs con PNB <ol><li> Someter a ultrasonidos 4 ml de suspensión acuosa que contiene NCNCs separadas (0,01 mg / ml) usando un sonicador de baño de agua durante 5 minutos para conseguir una dispersión uniforme. </li><li> Añadir 1 ml de HAuCl4 solución acuosa (1 mg / ml) a la suspensión NCNC durante la sonicación. A continuación, añadir 250 l de 1% en peso de citrato trisódico gota a gota solución acuosa. Agitar vigorosamente la mezcla de reacción fue a 70 ° C en una placa caliente durante 2 horas. </li><li> Centrifugar la mezcla de reacción a 3.400 rpm durante 15 min. Recoge los NCNCs funcionalizadas con PNB en el precipitado y se lava con agua mediante centrifugación. Se dispersa el precipitado en agua (4 ml). </li></ol>

<ol>
	<li>Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+of+carbon+nanotubes.">Chemistry of carbon nanotubes.</a> Chem. Rev. 106 (3), 1105-1136 (2006).</li><li>Hilder, T. A., Hill, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+loading+and+unloading+of+drugs+into+nanotubes.">Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes.</a> Small. 5 (3), 300-308 (2009).</li><li>Shvedova, A. A., Kisin, E. 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Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).</li><li>Chen, H., Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergism+of+C5N+six-membered+ring+and+vapor-liquid-solid+growth+of+CNx+nanotubes+with+pyridine+precursor.">Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor.</a> J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).</li><li>Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+volumetric+parameters+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups.">Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups.</a> Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).</li><li>Liu, J., Rinzler, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fullerene+pipes.">Fullerene pipes.</a> Science. 280 (5367), 1253-1256 (1998).</li><li>Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+degradation+of+multiwalled+carbon+nanotubes.">Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes.</a> J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).</li><li>Wang, Y., Bai, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-yield+preparation+of+individual+nitrogen-containing+carbon+nanobells.">High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells.</a> Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).</li><li>Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concomitant+length+and+diameter+separation+of+single-walled+carbon+nanotubes.">Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes.</a> J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).</li><li>Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphitic+nanocapsules.">Graphitic nanocapsules.</a> Adv. Mater. 21 (46), 4692-4695 (2009).</li><li>Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+surface+acidity+of+acid+oxidised+multi-walled+carbon+nanotubes+and+the+influence+of+in-situ+generated+fulvic+acids+on+their+stability+in+aqueous+dispersions.">The surface acidity of acid oxidised multi-walled carbon nanotubes and the influence of in-situ generated fulvic acids on their stability in aqueous dispersions.</a> Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).</li><li>Liu, H., Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+morphological+control+of+aligned+nitrogen-doped+carbon+nanotubes.">Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes.</a> Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).</li><li>Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curvature+effects+of+nitrogen+on+graphitic+sheets:+structures+and+energetics.">Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics.</a> Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).</li></ol>

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

El objetivo principal de nuestros experimentos era producir eficazmente nanocups de grafito a partir de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno. Sin embargo, el dopaje de nitrógeno en la síntesis ECV no garantiza la formación de la estructura en forma de copa apilados. Dependiendo de la composición química del precursor y de otras condiciones de crecimiento, la morfología del producto dado puede variar mucho. 19 La concentración de fuente de nitrógeno es el factor principal que influye en la estru...

Con sus cavidades internas inherentes y química versátil superficie, los nanomateriales basados ​​en carbono huecas, como los nanotubos de carbono (CNT), se considera que son buenas nanovehículos en las aplicaciones de administración de fármacos. 1,2 Sin embargo, la estructura fibrilar de la CNT vírgenes tiene bastante inaccesible hueco interiores y pueden provocar una respuesta inflamatoria severa y los efectos citotóxicos en los sistemas biológicos. 3,4 nanotubos de carbono dopados con nitrógeno, por otra parte, se han encontrado que poseen mayor biocompatibilidad que los nanotubos de carbono de pared múltiple (sin dopar MWCNTs) 5,6 y pueden tener mejor fármaco rendimiento de entrega. Dopaje de átomos de nitrógeno en los nanotubos de celosías resultados de grafito en una estructura hueca compartimentada se asemeja a tazas apiladas que se pueden separar a cabo para obtener tazas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno individuales (NCNCs) con una longitud típica de menos de 200 nm. 7,8 Con sus interiores y accesibles funcionalidades de nitrógeno que permiten más químicafuncionalización, estas copas individuales de grafito son muy ventajoso para las aplicaciones de administración de fármacos. Entre los diferentes métodos de síntesis para los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno-incluyendo descarga de arco 9 y pulverización catódica con magnetrón de corriente continua, 10 de deposición química de vapor (CVD) ha sido el método más frecuente debido a varias ventajas tales como un mayor rendimiento y más fácil control sobre las condiciones de crecimiento de nanotubos. El mecanismo de crecimiento vapor-líquido-sólido (VLS) se emplea comúnmente para entender el proceso de crecimiento de los nanotubos de carbono ECV dopados con nitrógeno. 11 En general hay dos esquemas diferentes de utilizar catalizadores de metales de semillas en el crecimiento. En el esquema de &quot;de lecho fijo&quot;, nanopartículas de hierro con tamaños definidos fueron sintetizados por primera vez por descomposición térmica de pentacarbonilo de hierro y luego se sembraron en portaobjetos de cuarzo mediante revestimiento por rotación para el crecimiento ECV posterior. 12 En el esquema de &quot;catalizador flotante&quot;, catalizador de hierro (normalmente ferroceno) se mezcló y se inyecta con carbono y nprecursores itrogen, y la descomposición térmica de ferroceno proporcionado generación in situ de nanopartículas catalíticas de hierro sobre la que se depositan los precursores de carbono y nitrógeno. Mientras catalizador de lecho fijo proporciona un mejor control de tamaño en los NCNCs resultantes, el rendimiento del producto es típicamente más baja (&lt;1 mg) en comparación con el esquema de catalizador flotante (&gt; 5 mg) por la misma cantidad de precursores y tiempo de crecimiento. Dado que el régimen catalizador flotante también proporciona distribución de tamaño bastante uniforme de NCNCs, fue adoptado en este trabajo para la síntesis de las enfermedades cardiovasculares de NCNCs. Método de CVD ofrece NCNCs como-sintetizadas que presentan la morfología fibrilar compuesta de muchas tazas apiladas. Aunque no existe una unión química entre tazas adyacentes, 8 desafíos permanecen en aislamiento efectivo de las copas individuales, ya que están completamente insertadas en las cavidades del otro y se mantienen por múltiples interacciones no covalentes y una capa externa de carbono amorfo. 8 AtteMPTS para separar las tazas apiladas incluyen tanto enfoques químicos y físicos. Mientras que los tratamientos de oxidación en una mezcla de ácidos fuertes es un procedimiento típico para cortar los nanotubos de carbono e introducir funcionalidades de oxígeno, 13,14 también se puede aplicar para cortar NCNCs en secciones más cortas. Microondas procedimientos de grabado por plasma también se han demostrado para separar las NCNCs. 15 En comparación con los enfoques químicos, la separación física es más sencillo. Nuestro estudio anterior mostró que simplemente moler con un mortero y maja NCNCs individuales pueden ser parcialmente aislado de su estructura apilada. 7 Además, la alta intensidad de sonicación con sonda de punta, que se informó a reducir eficazmente los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs) , 16 también ha demostrado tener un efecto significativo sobre la separación de NCNCs. 8 La sonicación con sonda de punta ofrece una potencia de alta intensidad ultrasónica a la solución NCNC que esencialmente &quot;sacude&quot; las copas apiladas y se altera el débil Interacciones que tienen las copas juntos. Mientras que otros métodos de separación posibles son ya sea ineficaz o destructiva a la estructura de copa, sonicación con sonda de punta proporciona un método de separación física altamente eficaz, rentable y menos destructivos para obtener tazas de grafito individuales. El fibrillas NCNCs tal como se sintetiza fueron tratados por primera vez en H 2 SO 4 concentrado / mezcla de HNO 3 ácido antes de su separación con sonicación con sonda de punta. Los NCNCs separados resultantes eran altamente hidrófila y efectivamente dispersadas en agua. Hemos identificado previamente funcionalidades de nitrógeno tales como grupos amina en NCNCs y utilizado su reactividad química para NCNCs funcionalización. 7,8,17 En comparación con nuestro método se informó anteriormente de taponar NCNCs con nanopartículas comerciales, 8 en este trabajo, las nanopartículas de oro (PNB) fueron efectivamente anclada a la superficie de las copas por la reducción de citrato de ácido cloroáurico. Debido ala distribución preferencial de las funcionalidades de nitrógeno en el abierto de llantas NCNCs, los PNB sintetizados in situ a partir de los precursores del oro tienden a tener una mejor interacción con los bordes abiertos y la forma PNB &quot;tapones&quot; en las copas. Tal síntesis y métodos de funcionalización se han traducido en una novela PNB-NCNC híbrido nanomateriales para aplicaciones potenciales como vehículos de administración de fármacos.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Reagent Name</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue Number</td>
 <td>Comment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>Reagents</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>H2</td>
 <td>Valley National Gases</td>
 <td>Grade 5.0</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ar</td>
 <td>Valley National Gases</td>
 <td>Grade 5.0</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ferrocene</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>F408-500G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Xylenes</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td>X5-500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Acetonitrile</td>
 <td>EMD</td>
 <td>AXO149-6</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>H2SO4</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td>A300-500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HNO3</td>
 <td>EMD</td>
 <td>NX0409-2</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>DMF</td>
 <td>Fisher Scientific</td>
 <td>D119-500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ethanol</td>
 <td>Decon</td>
 <td>2716</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Phenol</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>P1037-100G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Pyridine</td>
 <td>EMD</td>
 <td>PX2020-6</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Hydridantin</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>H2003-10G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ninhydrin </td>
 <td>Alfa Aesar</td>
 <td>43846</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HAuCl4</td>
 <td>Sigma-Aldrich</td>
 <td>52918-1G</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sodium Citrate</td>
 <td>SAFC</td>
 <td>W302600</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td>Equipment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>CVD Furnace</td>
 <td>Lindberg/Blue</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TEM (low-resolution)</td>
 <td>FEI Morgagni</td>
 <td>&nbsp;</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>TEM (high-resolution)</td>
 <td>JOEL</td>
 <td>2100F</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Probe-tip Sonicator</td>
 <td>Qsonica</td>
 <td>XL-2000</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>UV-Vis Spectrometer</td>
 <td>Perkin-Elmer</td>
 <td>Lambda 900</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Zeta Potential Analyzer</td>
 <td>Brookheaven</td>
 <td>ZetaPlus</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>EDX spectroscopy</td>
 <td>Phillips</td>
 <td>XL30 FEG</td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

synthesis and functionalization of nitrogen-doped carbon nanotube cups with gold nanoparticles as cork stoppers

Los nanotubos de carbono dopados con nitrógeno consisten en muchos compartimentos de grafito en forma de copa denominado como tazas de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno (NCNCs). Estos nanocups grafito como-sintetizado a partir de deposición de vapor químico (CVD) se apilan de manera cabeza-a-cola celebrada sólo a través de interacciones no covalentes. NCNCs individuales se pueden aislar de su estructura de apilamiento a través de una serie de procesos de separación química y física. En primer lugar, como NCNCs-sintetizados se oxidan en una mezcla de ácidos fuertes para introducir defectos que contienen oxígeno en las paredes de grafito. Los NCNCs oxidados fueron procesadas mediante tratamiento con ultrasonidos de alta intensidad de la sonda de punta que separa eficazmente los NCNCs apilados en nanocups grafito individuales. Debido a su abundante oxígeno y funcionalidades de la superficie de nitrógeno, los NCNCs individuales resultantes son altamente hidrófilos y pueden ser funcionalizados con eficacia con nanopartículas de oro (PNB), que preferentemente se ajustan en la aperturade las copas como tapones de corcho. Estos nanocups grafito corcho con PNB pueden encontrar aplicaciones prometedoras como contenedores a nanoescala y transportistas de drogas.

Los NCNCs tal como se sintetiza a partir del crecimiento ECV aparecieron como una alfombra de material negro sobre un sustrato de cuarzo. Películas gruesas de NCNCs un peso de aproximadamente varios mg se obtuvieron por pelado con una hoja de afeitar (Figura 1B). Imágenes de TEM muestran la morfología de NCNCs como-sintetizados en diferentes aumentos (figura 1). En el menor aumento (Figura 1C), los NCNCs tal como se sintetiza todos mostraron una estructura fibrilar c...

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Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Hablamos de la síntesis de nanocups grafito individuales utilizando una serie de técnicas que incluyen la deposición química de vapor, la oxidación de ácidos y sonicación con sonda de punta. Por reducción de citrato de HAuCl<sub&gt; 4</sub&gt;, Los nanocups grafito eran efectivamente corcho con nanopartículas de oro debido a los bordes químicamente reactivos de los vasos.

Síntesis y funcionalización de nitrógeno dopados Copas de nanotubos de carbono con nanopartículas de oro como tapones de corcho

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

synthesis-functionalization-nitrogen-doped-carbon-nanotube-cups-with

Research

JoVE Journal

Engineering

22.7K vistas.  University of Pittsburgh. Hablamos de la síntesis de nanocups grafito individuales utilizando una serie de técnicas que incluyen la deposición química de vapor, la oxidación de ácidos y sonicación con sonda de punta. Por reducción de citrato de HAuCl 4, Los nanocups grafito eran efectivamente corcho con nanopartículas de oro debido a los bordes químicamente reactivos de los vasos.

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Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Fabricación, densificación, y la réplica de Moldeo por inyección de microestructuras 3D nanotubos de carbono

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Investigación

Ingeniería

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

La oxidación en seco y vacío Recocido Tratamientos para Ajuste las propiedades humectantes de conjuntos de nanotubos de carbono

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Método ambiente para la producción de un cátodo común iónicamente cerrada nanotubos de carbono en las células solares en tándem Orgánica

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

Síntesis y funcionalización de 3D Materiales Nano-grafeno: grafeno aerogeles y grafeno Asambleas Macro

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Fabricación de Baja Temperatura de nanotubos de carbono Interconexiones verticales Compatible con la tecnología de semiconductores

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Dos vías de valorización de escoria de alto horno: Síntesis de carbonato de calcio precipitado y zeolíticos adsorbente de metales pesados

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning electron microscope (ESEM) operating with a low pressure water vapor ambient. In this technique, a portion of the electron beam interacts with the water vapor in the vicinity of the CNT sample, dissociating the water molecules into hydroxyl radicals and other species by radiolysis. The remainder of the electron beam interacts with the CNT forest sample, making it susceptible to oxidation from the chemical products of radiolysis. This technique may be used to trim a selected region of an individual CNT, or it may be used to remove hundreds of cubic microns of material by adjusting ESEM parameters. The machining resolution is similar to the imaging resolution of the ESEM itself. The technique produces only small quantities of carbon residue along the boundaries of the cutting zone, with minimal effect on the native structural morphology of the CNT forest.

Low pressure scanning electron microscopy in a water vapor ambient is used to machine nanoscale to microscale features in carbon nanotube forests.

Fresado de precisión de nanotubos de carbono de los bosques El uso de baja presión de barrido Microscopía Electrónica

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

In Situ Síntesis de nanopartículas de oro sin agregación en el espacio entre capas de Capas de titanato películas transparentes

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

Nucleación controlable de la cavitación de la plasmónica nanopartículas de oro para aumentar la intensidad alta enfocada ultrasonido aplicaciones

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ion-selective removal of radioactive iodines. By using citrate-stabilized gold nanoparticles (mean diameter: 13 nm) and cellulose acetate membranes, gold nanoparticle-embedded cellulose acetate membranes (Au-CAM) have easily been fabricated. The nano-adsorbents on Au-CAM were highly stable in the presence of high concentration of inorganic salts and organic molecules. The iodide ions in aqueous solutions could rapidly be captured by this engineered membrane. Through a filtration process using an Au-CAM containing filter unit, excellent removal efficiency (&gt;99%) as well as ion-selective desalination result was achieved in a short time. Moreover, Au-CAM provided good reusability without significant decrease of its performances. These results suggested that the present technology using the engineered hybrid membrane will be a promising process for the large-scale decontamination of radioactive iodine from liquid wastes.

An efficient method for the rapid and ion-selective desalination of radioactive iodine in several aqueous solutions is described by using gold nanoparticles-immobilized cellulose acetate membrane filters.

Un método eficiente para la desalinización selectiva de aniones de yodo radiactivo mediante el uso de filtro de membrana incorporado en nanopartículas de oro