Ce travail a été soutenu par une bourse de carrière NSF n ° 0954345.

1. CVD Synthèse des dopé à l&#39;azote Coupes de nanotubes de carbone (NCNCs) NCNCs ont été synthétisés en utilisant la technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur substrat de quartz en utilisant des précurseurs liquides (figure 1A). <ol><li> Placer un tube de quartz longue de 3 pi (2,5 cm de diamètre) dans un four tubulaire Lindberg / Bleu comme la chambre de réaction. Placer une plaque de quartz (1 &quot;x 12&quot;) à l&#39;intérieur du tube de substrat pour la collecte de produits. Scellez le tube de quartz en utilisant des bouchons d&#39;acier inoxydable maison avec haut-gaz et connexions / tubes injection de liquide. </li><li> Faire une solution de précurseur liquide contenant 0,75% en poids de ferrocène, 10% en poids d&#39;acétonitrile et 89,25% en poids de xylènes. Avant la croissance, au tirage d&#39;environ 5 ml de précurseur liquide dans une seringue étanche aux gaz, relié à l&#39;entrée du tube de quartz. Placer la seringue sur une pompe à seringue. </li><li> Assemblez le système CVD. Connecter tout d&#39;entrée de gaz et de sortie. Ar débit (845 sccm) pour purger le système CVD et à vérifier les fuitesING Snoop détecteur de fuite de liquide. Après avoir purgé pendant 20 minutes, allumer H 2. Réglez le débit de H 2 à 37,5 SCCM et Ar à 127 sccm. Allumez le four. Régler la température du four à 800 ° C, et attendre jusqu&#39;à ce qu&#39;il soit stable à 800 ° C. </li><li> Utilisation de la pompe à seringue pour injecter le précurseur liquide dans le tube de quartz. Réglez la vitesse d&#39;injection à 9 ml / h pendant 6 min pour combler le volume mort du tube d&#39;injecteur. Puis baisser le taux d&#39;injection de 1 ml / h pour la croissance de NCNCs. Après 90 min de la croissance, éteindre la pompe seringue et H flux de gaz 2, et arrêter le four. Gardez Ar coule à maintenir une atmosphère inerte jusqu&#39;à ce que le four a été refroidi à température ambiante. </li><li> Débranchez toutes les entrées et sorties de gaz et le système d&#39;injection. Démonter le système CVD et de prendre la plaque de quartz out. Utilisez une lame de rasoir unilatérale de décoller le film NCNCs de la plaque de quartz. Disperser le produit recueilli dans de l&#39;éthanol. Une protection respiratoire est nécessaire pour éviter habaling matériaux carbonés possibles si le travail est effectué à l&#39;extérieur de la hotte. </li></ol> 2. L&#39;oxydation de NCNCs telle que synthétisée par un mélange d&#39;acides <ol><li> Transférer environ 10 mg de NCNCs telles que synthétisées dans un flacon de 200 ml à fond rond. Ajouter 7,5 ml de HNO 3 concentré dans le ballon. Brièvement soniquer le mélange dans un bain d&#39;eau pour une meilleure dispersion. Puis ajouter 22,5 ml de concentré H 2 SO 4 lentement. (ATTENTION: le mélange acide fort est très corrosif; manipuler avec soin ces acides avec protection de sécurité.) Soniquer le mélange réactionnel dans un bain d&#39;eau à température ambiante pendant 4 heures. </li><li> Diluer le mélange réactionnel avec 100 ml d&#39;eau en refroidissant dans un bain de glace. Filtrer le mélange à travers une membrane de polytétrafluoroéthylène (PTFE) avec une taille de pores de 220 nm à l&#39;aide d&#39;une trompe à eau. </li><li> Lavez le matériel sur la membrane du filtre avec 200 ml d&#39;une solution de NaOH 0,01 M de supprimer tout sous-produit résiduel acide. 18 Puis, lavezavec 200 ml d&#39;une solution de HCl 0,01 M, suivie de beaucoup d&#39;eau jusqu&#39;à un pH neutre du filtrat a été atteint. Disperser la matière résultante (oxydé NCNCs) dans l&#39;eau (20 ml) par ultrasons. La suspension entraîné peut être conservé à température ambiante pour d&#39;autres expériences. </li></ol> 3. Séparation physique de NCNCs par Sonication pointe de sonde <ol><li> Transférer la suspension de NCNCs oxydées dans l&#39;eau pour une tasse en plastique de 100 ml placé dans un bain de glace. Remplissez le gobelet en plastique à la marque 50 ml avec de l&#39;eau. Réglez le sonicator pointe de sonde équipée d&#39;un &quot;diamètre en titane micro-pointe 1/4 à 60% magnitude maximum (12 W). Immerger la micro-pointe au centre de la solution, puis procédé pendant 12 heures avec 30 sec intervalle on / off. Changement la glace toutes les 30 minutes pour éviter la surchauffe. </li><li> Arrêter le traitement par ultrasons. Filtrer la suspension NCNC par un nm de taille de pores PTFE filtre à membrane 220 pour enlever les grosses particules. Les échantillons NCNC résultantes peuvent être stocker à température ambiante pour d&#39;autres applications. </li&gt; <li> (Facultatif) Dans un essai comparatif, disperser un autre échantillon de NCNCs telles que synthétisées dans le DMF et soniquer directement la suspension avec traitement aux ultrasons pointe de sonde pendant 12 heures avec les mêmes paramètres que ci-dessus. </li></ol> 4. Analyse quantitative des groupes fonctionnels amine sur NCNCs par Kaiser test <ol><li> Préparer le réactif A: mélanger 1 g de phénol et 250 pi d&#39;éthanol dans 2,5 ml de pyridine, ajouter 50 ul de 0,01 M hydrindantin en H 2 O au mélange. Préparer le réactif B: dissoudre la ninhydrine (50 mg) dans 1 ml d&#39;éthanol. </li><li> Pesé les échantillons NCNCs (~ 0,5 mg) sur une microbalance et les disperser dans 1 ml de 3:2 éthanol / eau dans de petits tubes à essai. Ajouter 100 ul de réactif A et 25 pi de réactif B à la suspension de l&#39;échantillon. Sceller les tubes à essai avec Parafilms et chauffer le mélange à 100 ° C au bain d&#39;huile pendant 10 mn. Filtrer l&#39;échantillon à travers un filtre seringue pour éliminer les particules solides et recueillir la solution de filtrat. </li><li> Prenez les spectres visible sur le filtrer pour l&#39;analyse colorimétrique avec l&#39;échantillon blanc fait dans le même processus sans ajouter NCNCs. Lire l&#39;absorbance du pic centré à 570 nm et calculer les charges d&#39;amine selon la loi de Beer-Lambert. </li></ol> 5. Fonctionnalisation de NCNCs avec PNB <ol><li> Soniquer 4 ml d&#39;une suspension aqueuse contenant NCNCs séparés (0,01 mg / ml) en utilisant un appareil à ultrasons à bain-marie pendant 5 minutes pour obtenir une dispersion uniforme. </li><li> Ajouter 1 ml de solution aqueuse HAuCl4 (1 mg / ml) à la suspension NCNC pendant la sonication. Puis ajouter 250 microlitres de 1% en poids aqueuse goutte à goutte de la solution de citrate trisodique. Vigoureusement remuer le mélange réactionnel était à 70 ° C sur une plaque chauffante pendant 2 heures. </li><li> Centrifuger le mélange réactionnel à 3400 tours par minute pendant 15 min. Recueillir les NCNCs fonctionnalisés avec PNB dans le précipité et laver avec de l&#39;eau par centrifugation. Disperser le précipité dans l&#39;eau (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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D., 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=Synthesis,+characterization,+and+manipulation+of+nitrogen-doped+carbon+nanotube+cups.">Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups.</a> ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).</li><li>Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., 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=Corking+carbon+nanotube+cups+with+gold+nanoparticles.">Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles.</a> ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).</li><li>Stephan, O., Ajayan, P. 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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. 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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>

Les auteurs déclarent aucun intérêt financier concurrents.

L&#39;objectif principal de nos expériences était de produire efficacement nanocups graphite à partir de nanotubes de carbone dopés à l&#39;azote. Cependant, l&#39;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&#39;autres conditions de croissance, la morphologie du produit donné peut varier beaucoup. 19 La concentration en source d&#39;azote est le principal facteur influençant la str...

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&#39;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&#39;azote, d&#39;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&#39;atomes d&#39;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&#39;azote individuels (NCNCs) avec une longueur typique de moins de 200 nm. 7,8 Avec leurs intérieurs accessibles et fonctionnalités d&#39;azote qui permettent davantage chimiquefonctionnalisation, ces tasses graphite individuels sont très avantageux pour les applications d&#39;administration de médicaments. Parmi les différentes méthodes de synthèse de nanotubes de carbone dopés à l&#39;azote, y compris l&#39;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&#39;azote. 11 Généralement, il ya deux régimes différents d&#39;utiliser des semences de catalyseur métallique dans la croissance. Dans le schéma &quot;lit fixe&quot;, les nanoparticules de fer avec des tailles définies ont d&#39;abord été synthétisés par décomposition thermique de pentacarbonyle de fer et ensuite étalées sur des lames de quartz par dépôt à la tournette d&#39;une croissance subséquente CVD. 12 Dans le régime «de catalyseur flottant&quot;, 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&#39;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 (&lt;1 mg) par rapport au régime de catalyseur flottante (&gt; 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&#39;il n&#39;y ait pas de liaison chimique entre coupes adjacentes, 8 défis demeurent dans l&#39;isolement efficace des coupes individuelles parce qu&#39;ils sont fermement insérés dans les cavités de l&#39;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&#39;oxydation dans un mélange d&#39;acides forts est une procédure typique de couper NTC et d&#39;introduire des fonctionnalités d&#39;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 &quot;secoue&quot; les tasses empilées et perturbe le faible interactions qui détiennent les tasses ensemble. Alors que d&#39;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&#39;abord été traitée dans concentré H 2 SO 4 / HNO 3, mélange d&#39;acide avant la séparation par sonication pointe de sonde. Les NCNCs séparés résultants ont été fortement hydrophile et efficacement dispersés dans l&#39;eau. Nous avons déjà identifié des fonctionnalités d&#39;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&#39;or (PNB) ont été efficacement ancrée à la surface des coupelles par réduction de citrate à partir d&#39;acide chloroaurique. Grâce àla répartition préférentielle des fonctionnalités d&#39;azote sur le marché libre jantes de NCNCs, les PNB synthétisés in situ à partir des précurseurs de l&#39;or ont tendance à avoir une meilleure interaction avec les jantes ouverts et la forme du PNB &quot;bouchons&quot; 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&#39;administration de médicaments.

<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

Les nanotubes de carbone dopés à l&#39;azote se composent de nombreux compartiments de graphite en forme de coupe appelées les tasses de nanotubes carbone dopés à l&#39;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&#39;est tenue uniquement par des interactions non covalentes. NCNCs individuels peuvent être isolés de leur structure d&#39;empilement dans une série de procédés de séparation chimiques et physiques. Tout d&#39;abord, comme NCNCs-synthétisés ont été oxydés en un mélange d&#39;acides forts pour introduire des défauts contenant de l&#39;oxygène sur les parois de graphite. Les NCNCs oxydées ont ensuite été traitées à l&#39;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&#39;azote, les NCNCs individuels abouti sont très hydrophiles et peuvent être efficacement fonctionnalisés avec des nanoparticules d&#39;or (PNB), qui s&#39;inscrivent de préférence dans l&#39;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.

Les NCNCs telles que synthétisées de la croissance CVD sont apparus comme un tapis de matière noire sur un substrat de quartz. Les films épais de NCNCs pesant sur ​​plusieurs mg ont été obtenus par déroulage avec une lame de rasoir (figure 1B). Images TEM montrent la morphologie des NCNCs telles que synthétisées à différents grossissements (Figure 1). Au faible grossissement (figure 1C), les NCNCs telles que synthétisées ont tous montré une structure f...

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

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&#39;oxydation des acides et sonication pointe de sonde. Par la réduction de citrate de HAuCl<sub&gt; 4</sub&gt;, Les nanocups graphite étaient effectivement bouché avec des nanoparticules d&#39;or en raison des bords chimiquement réactifs des tasses.

Synthèse et fonctionnalisation des dopé à l&#39;azote Coupes de nanotubes de carbone avec des nanoparticules d&#39;or que les bouchons de liège

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

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Research

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Engineering

22.7K vues.  University of Pittsburgh. 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 4, Les nanocups graphite étaient effectivement bouché avec des nanoparticules d'or en raison des bords chimiquement réactifs des tasses.

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

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.

Moulage de fabrication, de densification, et une réplique de 3D Microstructures de nanotubes de carbone

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

Recherche

Ingénierie

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.

L&#39;oxydation à sec et un recuit sous vide Traitements pour Réglage des propriétés de mouillage de tableaux de nanotubes de carbone

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.

Méthode ambiante pour la production d&#39;un ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem

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.

Synthèse et fonctionnalisation des matériaux 3D Nano-graphène graphène: aérogels et graphène assemblées 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.

Fabrication de basse température de nanotubes de carbone interconnexions verticales Compatible avec la technologie des semiconducteurs

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.

Deux voies Valorisation de laitier de haut fourneau: Synthèse du carbonate de calcium précipité et zéolithique Heavy Metal Adsorbant

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.

Fraisage de précision des nanotubes de carbone des forêts Utilisation Numérisation basse pression Electron Microscopy

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 Synthèse de nanoparticules d&#39; or sans agrégation dans l&#39;espace intercalaire de Layered titanate Films transparents

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.

Nucléation contrôlable de Cavitation de nanoparticules d’or plasmoniques pour renforcer la haute intensité porté Applications ultrasons

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.