Este trabalho foi financiado por uma concessão de CARREIRA NSF No. 0954345.

1. CVD Síntese de nitrogênio dopado Copas de Nanotubos de Carbono (NCNCs) NCNCs foram sintetizados utilizando a técnica de deposição de vapor químico (CVD) em substrato de quartzo utilizando precursores líquidos (Figura 1A). <ol><li> Coloque a 3 m de comprimento de tubo de quartzo (2,5 cm id), num tubo de forno Lindberg / azul que a câmara de reacção. Colocar uma placa de quartzo (1 &quot;x 12&quot;) no interior do tubo à medida que o substrato para a recolha do produto. Selar o tubo de quartzo com tampas de aço inoxidável caseiros com built-in de gás e conexões / tubos de injeção de líquido. </li><li> Adicione uma solução do precursor líquido contendo 0,75% em peso de ferroceno, 10% em peso de acetonitrilo e 89,25% em peso de xilenos. Antes do crescimento, tração de cerca de 5 ml de precursor líquido numa seringa estanque de gás ligado à entrada para o tubo de quartzo. Colocar a seringa numa bomba de seringa. </li><li> Monte o sistema de CVD. Ligue todo entrada e saída de gás. Fluxo de Ar (845 sccm) para purgar o sistema CVD e verificar vazamentos nosing Snoop detector de vazamento de líquido. Depois de purgar durante 20 min, ligar H 2. Definir a taxa de fluxo de H 2-37,5 sccm e Ar a 127 sccm. Ligue o forno. Ajustar a temperatura do forno para 800 ° C e esperar até que é estável a 800 ° C. </li><li> Utilizar a bomba de seringa para injectar o precursor líquido no interior do tubo de quartzo. Ajuste a velocidade de injecção em 9 ml / h durante 6 minutos para encher o volume morto do tubo do injector. Em seguida, vire para baixo a taxa de injeção de 1 ml / hr para o crescimento de NCNCs. Após 90 min de crescimento, desligue a bomba de seringa e H o fluxo de gás 2, e desligar o forno. Manter Ar fluir para manter uma atmosfera inerte até que o forno foi arrefecido até à temperatura ambiente. </li><li> Desconecte todas as entradas e saídas de gás, eo sistema de injeção. Desmonte o sistema de CVD e tirar a placa de quartzo para fora. Use uma lâmina de um lado para descascar o filme NCNCs da placa de quartzo. Dispersa-se o produto recolhido em etanol. É necessária proteção respiratória para evitar inhaling possíveis materiais de carbono, se o trabalho é realizado fora da capela. </li></ol> 2. Oxidação de NCNCs Como sintetizados por uma mistura de ácidos <ol><li> Transferir cerca de 10 mg de NCNCs como sintetizados a um ml balão de fundo redondo de 200. Adicionar 7,5 ml de HNO 3 concentrado no balão. Resumidamente sonicar a mistura num banho de água para uma melhor dispersão. Em seguida, adicione 22,5 ml de concentrado H 2 SO 4 lentamente. (CUIDADO: a mistura de um ácido forte é altamente corrosivo; manipular cuidadosamente estes ácidos com a protecção de segurança). Sonicar a mistura de reacção em banho de água à temperatura ambiente durante 4 horas. </li><li> Diluir a mistura de reacção com 100 ml de água enquanto se arrefecia no banho de gelo. Filtrar a mistura através de uma membrana de politetrafluoretileno (PTFE), com tamanho de poro de 220 nm, utilizando um aspirador de água. </li><li> Lave o material no filtro de membrana com 200 ml de solução 0,01 M de NaOH para remover qualquer subproduto residual acídica. 18 Em seguida, lavarcom 200 ml de solução de HCl 0,01 M, seguido por uma quantidade copiosa de água até um pH neutro do filtrado foi alcançado. Dispersa-se o material resultante (oxidada NCNCs) em água (20 mL) por ultra-sons. A suspensão resultou pode ser armazenado à temperatura ambiente durante mais experiências. </li></ol> 3. Separação física dos NCNCs por Sonication Probe-ponta <ol><li> Transferência da suspensão de NCNCs oxidados em água a um copo de plástico de 100 ml colocados em banho de gelo. Encha o copo de plástico para a marca de 50 ml com água. Definir a ponta da sonda de ultra-sons equipado com um &quot;diâmetro de titânio microtip de 1/4 a 60% amplitude máxima (12 W). Submerge a microponta ao centro da solução, e então o processo durante 12 horas com 30 seg de ligar / desligar do intervalo. Variação o gelo a cada 30 minutos para evitar o superaquecimento. </li><li> Pare a sonicação. Filtrar a suspensão através de um NCNC nm de tamanho de poro da membrana de PTFE de filtro 220 para remover as partículas grandes. As amostras NCNC resultantes podem ser loja em RT para outras aplicações. </li&gt; <li> (Opcional) Em um experimento de comparação, dispersar outra amostra de NCNCs como sintetizados em DMF e sonicate diretamente a suspensão com sonicação sonda dica para 12 horas nas mesmas configurações acima. </li></ol> 4. Análise quantitativa de grupos funcionais amina sobre NCNCs pelo teste de Kaiser <ol><li> Preparar o reagente A: Mistura de 1 g de fenol e 250 ul de EtOH em ​​2,5 ml de piridina, juntar 50 ul de 0,01 M Hydrindantin em H2O à mistura. Preparar o reagente B: dissolver ninidrina (50 mg) em 1 ml de EtOH. </li><li> Pesou NCNCs as amostras (~ 0,5 mg) de uma microbalança e dispersá-los em 1 ml de 3:2 de EtOH / água, em pequenos tubos de ensaio. Adicionam-se 100 ul de reagente A e 25 ul de reagente B da suspensão de amostra. Selar os tubos de ensaio com parafilms e aquecer a mistura em banho de óleo a 100 ° C durante 10 min. Filtrar a amostra através de um filtro de seringa para remover as partículas sólidas e recolher a solução de filtrado. </li><li> Aqui o espectro visível no filtrar para análise colorimétrica com a amostra em branco feita no mesmo processo, sem a adição de NCNCs. Ler a absorvância do pico centrado a 570 nm, e calcular as cargas de amina de acordo com a lei de Beer-Lambert. </li></ol> 5. Funcionalização de NCNCs com PNB <ol><li> Sonicar 4 ml de uma suspensão aquosa contendo NCNCs separadas (0,01 mg / ml) usando um banho de água de ultra-sons durante 5 min para conseguir uma dispersão uniforme. </li><li> Adicionar 1 ml de solução aquosa de HAuCl 4 (1 mg / ml) à suspensão durante NCNC sonicação. Em seguida adicionar 250 ul de 1% em peso de citrato trissódico aquoso, gota a gota solução. Vigorosamente agita-se a mistura de reacção era de 70 ° C sobre uma placa quente durante 2 horas. </li><li> Centrifugar a mistura de reacção a 3400 rpm durante 15 min. Recolher os NCNCs funcionalizados com PNB no precipitado e lava-se com água por centrifugação. Dispersa-se o precipitado em água (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. R., 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=Unusual+inflammatory+and+fibrogenic+pulmonary+responses+to+single-walled+carbon+nanotubes+in+mice.">Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice.</a> American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).</li><li>Jia, G., Wang, H., 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=Cytotoxicity+of+carbon+nanomaterials:+Single-wall+nanotube,+multi-wall+nanotube,+and+fullerene.">Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene.</a> Environmental Science &amp; Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).</li><li>Carrero-S&#225;nchez, J. C., El&#237;as, A. 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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. 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=Doping+graphitic+and+carbon+nanotube+structures+with+boron+and+nitrogen.">Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen.</a> Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).</li><li>Suenaga, K., Johansson, M. P., 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=Carbon+nitride+nanotubulite+-+densely-packed+and+well-aligned+tubular+nanostructures.">Carbon nitride nanotubulite - densely-packed and well-aligned tubular nanostructures.</a> Chem. Phys. 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>

Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

O principal objetivo dos nossos experimentos era produzir efetivamente nanocups de grafite a partir de nanotubos de carbono dopados com nitrogênio. No entanto, o azoto-dopagem na síntese CVD não garante que a formação da estrutura em forma de taça empilhados. Dependendo da composição química do precursor e de outras condições de crescimento, a morfologia do produto resultou pode variar muito. 19 A concentração de fonte de azoto é o principal factor que influencia a estrutura, porque a estrutura ...

Com suas cavidades internas inerentes e química versátil superfície, os nanomateriais à base de carbono ocos, como os nanotubos de carbono (CNT), são considerados bons nanocarriers em aplicações de distribuição de drogas. 1,2 Entretanto, a estrutura fibrilar de nanotubos de carbono como novo tem bastante inacessível oco interiores e pode causar uma resposta inflamatória grave e efeitos citotóxicos em sistemas biológicos. 3,4 nanotubos de carbono dopados com nitrogênio, por outro lado, foram encontrados para possuir maior biocompatibilidade que não dopadas nanotubos de carbono multicamadas (MWCNTs) 5,6 e podem ter melhor droga desempenho de entrega. Doping de átomos de nitrogênio nas nanotubos de treliças de grafite resulta em uma estrutura oca compartimentado semelhante copos empilhados que podem ser separadas para se obter copos de nanotubos de carbono dopados com nitrogênio individuais (NCNCs) com comprimento típico em 200 nm. 7,8 Com seus interiores acessíveis e funcionalidades de nitrogênio que permitem mais químicafuncionalização, estes copos de grafite individuais são altamente vantajosos para aplicações de entrega de drogas. Entre os diferentes métodos sintéticos para nitrogênio dopado com nanotubos de carbono, incluindo arco de descarga de 9 e dc pulverização catódica, 10 de deposição de vapor químico (CVD) tem sido o método mais prevalente devido a várias vantagens, tais como maior rendimento e controle mais fácil sobre as condições de crescimento de nanotubos. O mecanismo de crescimento de vapor-líquido-sólido (VLS) é comumente empregado para entender o processo de crescimento CVD de nanotubos de carbono dopados com nitrogênio. 11 Geralmente, existem dois esquemas diferentes de usar sementes de catalisador de metal no crescimento. No esquema &quot;de leito fixo&quot;, as nanopartículas de ferro com tamanhos definidos foram sintetizados pela primeira vez por decomposição térmica de pentacarbonil de ferro e, em seguida, semeadas em lâminas de quartzo por spin coating para o crescimento CVD subseqüente. 12 No esquema &quot;flutuante catalisador&quot;, catalisador de ferro (normalmente ferrocene) foi misturado e injetado com carbono e nitrogen precursores, e a decomposição térmica de ferroceno fornecida geração in situ de nanoparticulas de ferro catalítico no qual o carbono e precursores de azoto foram depositados. Enquanto catalisador de leito fixo fornece um melhor controlo sobre o tamanho das NCNCs daí resultantes, o rendimento do produto é tipicamente baixa (&lt;1 mg), em comparação com o regime de catalisador flutuante (&gt; 5 mg), para a mesma quantidade de tempo e de crescimento precursor. Como o esquema de catalisador flutuante também presta serviços de distribuição de NCNCs tamanho bastante uniforme, foi adotada neste trabalho para a síntese CVD de NCNCs. Método de CVD proporciona NCNCs como sintetizados que exibem uma morfologia fibrilar composta de diversos copos empilhados. Embora não haja nenhuma ligação química entre as caixas adjacentes, 8 desafios permanecem em isolamento eficaz dos copos individuais porque estão firmemente inserido dentro das cavidades do outro e realizada por várias interacções não covalentes e uma camada externa de carbono amorfo. 8 Attempts para separar os copos empilhados incluem tanto abordagens químicas e físicas. Enquanto os tratamentos de oxidação em uma mistura de ácidos fortes é um procedimento típico para cortar os nanotubos de carbono e introdução de funcionalidades de oxigénio, 13,14 pode também ser aplicada para cortar NCNCs em secções mais curtas. Microondas processos de erosão de plasma foram também mostrado para separar os NCNCs. 15 Em comparação com os métodos químicos, a separação física é mais simples. Nosso estudo anterior mostrou que a simples moagem com um almofariz e pilão NCNCs individuais podem ser parcialmente isolada de sua estrutura empilhada. 7 Além disso, a alta intensidade de sonicação sonda de ponta, o que foi relatado para reduzir efetivamente os nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) , 16, também foi demonstrado ter um efeito significativo na separação da NCNCs. 8 A sonicação com sonda com ponta proporciona potência de ultra-sons de alta intensidade à solução NCNC que, essencialmente &quot;batidos&quot; os copos empilhados e perturba o intera fracoCÇÕES que possuem os copos juntos. Enquanto outros métodos de separação em potencial ou são ineficientes ou destrutiva para a estrutura copo, sonda-ponta sonicação fornece um método de separação física altamente eficaz e custo-eficiente e menos destrutiva para obter copos de grafite individuais. O sintetizado como fibrilas NCNCs foram tratados pela primeira vez no concentrado H 2 SO 4 / HNO3 mistura ácida, antes da sua separação com sonicação com sonda com ponta. Os NCNCs separadas resultantes eram altamente hidrofílico e eficazmente dispersas em água. Temos anteriormente identificados funcionalidades de azoto tais como grupos amina e em NCNCs utilizaram a sua reactividade química, para NCNCs funcionalização. 7,8,17 Comparado com o nosso método de empacotamento previamente relatado NCNCs com nanopartículas comerciais, 8, neste trabalho, as nanopartículas de ouro (PNB) foram efectivamente ancoradas à superfície dos copos por redução de citrato de ácido cloroáurico. Devido aa distribuição preferencial de funcionalidades de nitrogênio no aberto jantes de NCNCs, as PNB sintetizados in situ a partir dos precursores de ouro tendem a ter uma melhor interação com as bordas abertas e PNB forma &quot;rolhas&quot; nas xícaras. Tal síntese e métodos de funcionalização resultaram em uma novela GNP-NCNC híbrido nanomateriais para aplicações potenciais como operadoras de distribuição de drogas.

<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

Os nanotubos de carbono dopados com nitrogênio consistem em muitos compartimentos de grafite em forma de taça denominadas como copos de nanotubos de carbono dopados com nitrogênio (NCNCs). Estes nanocups grafite como-sintetizados a partir de método de deposição química a vapor (CVD) estavam empilhados de forma head-to-tail realizada somente por meio de interações não covalentes. NCNCs individuais podem ser isoladas para fora da sua estrutura de empilhamento por meio de uma série de processos químicos e físicos de separação. Em primeiro lugar, como NCNCs sintetizados foram oxidados numa mistura de ácidos fortes para introduzir defeitos contendo oxigénio sobre as paredes de grafite. Os NCNCs oxidados foram processados ​​usando alta intensidade sonda ponta sonicação que efetivamente separou os NCNCs empilhados em nanocups grafite individuais. Devido ao seu oxigénio abundante e funcionalidades de superfície de azoto, os NCNCs individuais resultaram são altamente hidrofílico e podem ser eficazmente funcionalizado com nanopartículas de ouro (PNB), que, preferencialmente, se encaixam na aberturadas copas como rolhas de cortiça. Estes nanocups grafite rolha com PNB pode encontrar aplicações promissoras como recipientes em nanoescala e portadores de drogas.

Os NCNCs como-sintetizado a partir do crescimento CVD apareceu como um tapete de material preto em substrato de quartzo. Filmes espessos de NCNCs pesando cerca de vários mg foram obtidos por raspagem com uma lâmina de barbear (Figura 1B). Imagens TEM mostram a morfologia de NCNCs como sintetizados em diferentes ampliações (Figura 1). Na ampliação baixa (Figura 1C), como os NCNCs sintetizados mostraram todas uma estrutura de fibrila com comprimentos de tipicamente ...

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

Nós discutida a síntese de nanocups grafite individuais, usando uma série de técnicas que incluem a deposição de vapor químico, a oxidação do ácido e sonicação com sonda com ponta. Por redução de citrato de HAuCl<sub&gt; 4</sub&gt;, Os nanocups grafite foram efetivamente corked com nanopartículas de ouro devido às bordas quimicamente reativos dos copos.

Síntese e funcionalização de nitrogênio dopado Copas de Nanotubos de Carbono com nanopartículas de ouro como Rolhas

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 visualizações.  University of Pittsburgh. Nós discutida a síntese de nanocups grafite individuais, usando uma série de técnicas que incluem a deposição de vapor químico, a oxidação do ácido e sonicação com sonda com ponta. Por redução de citrato de HAuCl 4, Os nanocups grafite foram efetivamente corked com nanopartículas de ouro devido às bordas quimicamente reativos dos copos.

Vídeo: 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.

Fabricação, Densificação e Replica Moldagem de Microestruturas de Nanotubos de Carbono 3D

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

Engenharia

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.

Oxidação seca e vácuo Annealing Tratamentos para Ajustando as propriedades de umectação Matrizes 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 a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas 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.

Síntese e funcionalização de 3D Materiais Nano-grafeno Grafeno: Aerogels e grafeno Assembléias 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.

Fabricação de Baixa Temperatura de Nanotubos de Carbono Vertical Interconexões Compatível com Semiconductor Tecnologia

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.

Two-way Valorização da escória de alto forno: Síntese de Precipitado de Carbonato de Cálcio e zeolítico Heavy Metal adsorvente

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.

Precision Fresagem de Nanotubos de Carbono Florestas Usando Baixa Pressão Scanning 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 Síntese de Nanopartículas de Ouro sem agregação no espaço Interlayer de Layered titanato filmes 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.

Controlável nucleação de cavitação de nanopartículas de ouro plasmônico para reforçar a alta intensidade focada aplicações de ultra-som

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.