Name: grafting multiwalled carbon nanotubes with polystyrene to enable self-assembly and anisotropic patchiness
Uploaded: 2018-04-01T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness at JoVE.com

Vorremmo riconoscere i programmi FQ-PAIP e DGAPA-PAPIIT da Università nazionale autonoma del Messico (concessione numero 5000-9158, 5000-9156, IA205616 e IA205316) e il Consiglio nazionale per la scienza e la tecnologia dal Messico - CONACYT-(numero di concedere 251533).

Attenzione: Si prega di consultare tutte le schede di dati di sicurezza (MSDS) prima dell'uso. Molte delle sostanze chimiche utilizzate in questo protocollo sono acutamente tossici e cancerogeni. Derivati di nanotubi di carbonio possono avere ulteriori rischi respiratori rispetto ad altri allotropi del carbonio tradizionale alla rinfusa. Si sospetta che i nanotubi di carbonio in aerosol possono interessare i polmoni in un modo simile di amianto, anche se loro proprietà cancerogene non sono stati completamente chiariti f...

<ol>
	<li>Iijima, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Helical+Microtubules+of+Graphitic+Carbon.">Helical Microtubules of Graphitic Carbon.</a> Nature. 354, 56-58 (1991).</li><li>Iijima, S., Ichihashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Shell+Carbon+Nanotubes+of+1-nm+Diameter.">Single-Shell Carbon Nanotubes of 1-nm Diameter.</a> Nature. 363, 603-605 (1993).</li><li>Dai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotubes:+Synthesis,+Integration+and+Properties.">Carbon Nanotubes: Synthesis, Integration and Properties.</a> Acc. Chem. Res. 35, 1035-1044 (2002).</li><li>Karousis, N., Tagmatarchis, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+Progress+on+the+Chemical+Modification+of+Carbon+Nanotubes.">Current Progress on the Chemical Modification of Carbon Nanotubes.</a> Chem. Rev. 110, 5366-5397 (2010).</li><li>Zhao, Y. L., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noncovalent+Functionalization+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Noncovalent Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Acc. Chem. Res. 42, 1161-1171 (2009).</li><li>Zelada-Guill&#233;n, G. A., Riu, J., D&#252;zg&#252;n, A., Rius, F. 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M., Nikolaev, P., Baik, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+Stretchable+Single-Walled+Carbon+Nanotube-Polymer+Composite+Films+with+Near-Infrared+Fluorescence.">Transparent Stretchable Single-Walled Carbon Nanotube-Polymer Composite Films with Near-Infrared Fluorescence.</a> Adv. Mater. 25, 2548-2553 (2013).</li><li>De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Nanotubes:+Present+and+Future+Commercial+Applications.">Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications.</a> Science. 339, 535-539 (2013).</li><li>Lehn, J. 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N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sidewall+Carboxylic+Acid+Functionalization+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Sidewall Carboxylic Acid Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> J. Am. Chem. Soc. 125, 15174-15182 (2003).</li><li>Furtado, C. A., Kim, U. J., Gutierrez, H. R., Pan, L., Dickey, E. C., Ecklund, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Debundling+and+Dissolution+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Amide+Solvents.">Debundling and Dissolution of Single-Walled Carbon Nanotubes in Amide Solvents.</a> J. Am. Chem. Soc. 126, 6095-6105 (2004).</li><li>Jeon, J. H., Lim, J. H., Kim, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Hybrid+Nanocomposites+with+Polystyrene+and+Multiwalled+Carbon+Nanotubes+with+Well-Defined+Polystyrene+via+Multiple+Atom+Transfer+Radical+Polymerization.">Fabrication of Hybrid Nanocomposites with Polystyrene and Multiwalled Carbon Nanotubes with Well-Defined Polystyrene via Multiple Atom Transfer Radical Polymerization.</a> Polymer. 50, 4488-4495 (2009).</li><li>Kim, M., Hong, C. K., Choe, S., Shim, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Polystyrene+Brush+on+Multiwalled+Carbon+Nanotubes+Treated+with+KMnO4+in+the+Presence+of+a+Phase-Transfer+Catalyst.">Synthesis of Polystyrene Brush on Multiwalled Carbon Nanotubes Treated with KMnO4 in the Presence of a Phase-Transfer Catalyst.</a> J. Polym. Sci. Pol. Chem. 45, 4413-4420 (2007).</li><li>Oliveira, E. Y. S., Bode, R., Esc&#225;rcega-Bobadilla, M. V., Zelada-Guill&#233;n, G. A., Maier, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+Nanocomposites+from+Self-Assembled+Polystyrene-Grafted+Carbon+Nanotubes.">Polymer Nanocomposites from Self-Assembled Polystyrene-Grafted Carbon Nanotubes.</a> New J. Chem. 40, 4625-4634 (2016).</li><li>Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Manipulation of Air-Sensitive Compounds. , (1986).</li><li>Bressy, C., Ngo, V. G., Ziarelli, F., Margaillan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Insights+into+the+Adsorption+of+3-(Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate+on+Hydroxylated+ZnO+Nanopowders.">New Insights into the Adsorption of 3-(Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate on Hydroxylated ZnO Nanopowders.</a> Langmuir. 28, 3290-3297 (2012).</li><li>Wu, X., Qiu, J., Liu, P., Sakai, E., Lei, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polystyrene+Grafted+Carbon+Black+Synthesis+via+in+situ+Solution+Radical+Polymerization+in+Ionic+Liquid.">Polystyrene Grafted Carbon Black Synthesis via in situ Solution Radical Polymerization in Ionic Liquid.</a> J. Polym. Res. 20, 167 (2013).</li></ol>

In questo metodo, ci sono alcuni passaggi che risultare fondamentale per garantire la riuscita del processo d'innesto. In primo luogo, la reazione di ossidazione bifase cataliticamente mediata (punto 1.1) dovrebbe essere effettuata con nanotubi di carbonio recentemente dispersa (passo 1.1.1.5). Se la dispersione provoca unviable secondo le raccomandazioni del protocollo, è possibile che l'uso di un sonicatore punta a ultrasuoni sarebbe utile se utilizzando le stesse indicazioni (punto 1.1.1.6). Utilizzando più breve MW...

Dalla scoperta dei nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNTs),1,2 le comunità scientifiche hanno applicato le loro eccezionali proprietà elettriche, meccaniche e termiche3 in una vasta gamma di avanguardia applicazioni modulando la loro proprietà di superficie via covalente4 e non-covalente5 strategie. Esempi di tali applicazioni loro uso come trasduttori in sensori,6,7 elettrodi nelle celle solari,8 eterogenei supporta nella catalisi,9 nanoreattori in sintesi,10 anti-incrostazione agenti in pellicole protettive,11 riempitivi in materiali compositi,12ecc. Tuttavia, la possibilità di modulare la proprietà di superficie delle loro più robuste, ancora industrialmente disponibili multiwalled controparti vale a dire, MWCNT, per controllare la direzionalità nelle loro interazioni non-covalenti su nanoscala, è rimasta una difficile attività finora. 13
Supramolecolare auto-assemblaggio di mattoni molecolari è una delle strategie più versatile per controllare l'organizzazione della materia alla nanoscala. 14 , 15 in questo senso, le interazioni supramolecolari coinvolgono direzionale, a corto raggio e interazioni non-covalenti Mid-Range come legame H, Van der Waals, dipolo-dipolo, ione-dipolo, dipolo dipolo-indotto, π-π accatastamento, catione-π, anione-π, coulombiane, tra gli altri. 16 purtroppo, direzionalità in self-assembly per le più grandi strutture quali MWCNT non è spontanea e di solito richiede forze esterne motivo (ad esempio modelli o sistemi di dissipazione di energia). 17 un recente report utilizzato non-covalente avvolgimento di nanotubi con su misura co-polimeri a perseguire l'obiettivo di quest'ultimo,18 ma l'uso di strategie covalente per offrire nuove alternative per risolvere il problema sono rimaste a malapena esplorati.
Modificazione chimica di nanotubi di carbonio può avvenire in modo selettivo per introdurre diversi gruppi funzionali per la stazione termini o per le pareti laterali dello stesso. 19 , 20 uno degli approcci più utili per personalizzare le proprietà di superficie in nanostrutture di carbonio è polimero-innesto attraverso percorsi di polimerizzazione standard. In genere, tali approcci implicano l'introduzione preliminare di polimerizzabili o gruppi di iniziatore (acrilico, vinile, ecc.) sulla superficie nanostruttura e loro successiva polimerizzazione con un monomero adatto. 21 nel caso di MWCNT, l'introduzione di covalente delle catene polimeriche sui fianchi per controllare loro discromie in modo anisotropo è rimasta una sfida.
Qui vi mostriamo come una serie di passaggi semplice modificazione chimica22,23 può essere applicata per inserire catene PS sul fianco del MWCNT al fine di modificare la loro superficie discromie e promuovere loro anisotropo auto-assemblaggio23 su nanoscala. Durante il percorso di aggiornamento, un primo passo consente l'idrossilazione selettiva di incontaminato MWCNT alle pareti laterali seguendo che un bifase cataliticamente mediata reazione di ossidazione per produrre le controparti idrossilate vale a dire, MWCNT-OH. Un secondo passo utilizza 3-(trimetossisilil) metacrilato di propile (TMSPMA) di introdurre sililata metacrilico moiety ai gruppi dell'idrossile creato in precedenza (MWCNT-O-TMSPMA). Questi inserti fornirà superficie siti reattivi durante una terza fase, quando lo stirene monomero viene polimerizzato dalle moiety metacrilico producendo così catene polimeriche innestate alle pareti dei nanotubi alla fine (cioè MWCNT-O-PS).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Tetrapropylammonium bromide, 99 % (TPABr)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">88104</td>
			<td style="width:895px;">Irritant, toxic</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:379px;">Potassium permanganate, 99 % (KMnO4)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">223468</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Acetic acid, 99.5 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">45726</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:379px;">Pristine multiwalled carbon nanotubes, 99 % (MWCNTs)</td>
			<td style="width:181px;">Bayer Technology Services</td>
			<td style="width:119px;">Donated sample</td>
			<td>Harmful dusts. &#62;1 mm in length and 13&#8211;16 nm in outer diameter. Alternative supplier: Nanocyl, Catalog N. NC7000, website: http://www.nanocyl.com/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Sodium Chloride, 98 % (NaCl)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S3014</td>
			<td>Technical grade can also be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Ethanol, 99.8 % (EtOH)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">32221</td>
			<td>Technical grade can also be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Methanol, 99.8 % (MeOH)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">322415</td>
			<td>Highly toxic. Technical grade can also be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Hydroquinone, 99 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">H9003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Toluene, 99.8 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">244511</td>
			<td>Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98 % (TMSPMA)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">440159</td>
			<td>Air sensitive, toxic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Azobisisobutyronitrile, 99 % (AIBN)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">755745</td>
			<td>Explosive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Styrene, 99 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S4972</td>
			<td>Purified using an alumina gel preparative column and stored at 4 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Acetone, 99.5 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">179124</td>
			<td>Technical grade can also be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Tetrahydrofuran, 99.9 % (THF)</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">494461</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Dichloromethane, 99.5 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">443484</td>
			<td>Highly toxic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:379px;">Hydrochloric acid, 37 %</td>
			<td style="width:181px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">435570</td>
			<td>Harmful fumes</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

grafting multiwalled carbon nanotubes with polystyrene to enable self-assembly and anisotropic patchiness

Dimostriamo un semplice protocollo per innesto incontaminate nanotubi di carbonio (MWCNT) con catene di polistirene (PS) alle pareti laterali attraverso una strategia di polimerizzazione radicalica per attivare la modulazione delle proprietà superficiali nanotubo e produrre supramolecolari auto-assemblaggio delle nanostrutture. In primo luogo, un selettivo idrossilazione dei nanotubi incontaminati attraverso una reazione di ossidazione bifase cataliticamente mediata crea siti reattivi superficialmente distribuiti alle pareti laterali. Quest'ultimi siti reattivi sono successivamente modificati con metacrilico moiety utilizzando un precursore di metacrilico sililata per creare siti polimerizzabili. Tali gruppi polimerizzabili possono indirizzo ulteriore polimerizzazione dello stirene per produrre un nanomateriale ibridi contenenti catene PS innestate sui fianchi di nanotubi. Il contenuto di polimero-innesto, quantità di polieteri metacrilico moiety introdotto e modificazione di idrossilazione dei nanotubi sono identificati e quantificati da analisi termogravimetrica (TGA). La presenza di gruppi funzionali reattivi dell'idrossile e polieteri metacrilato sono confermati da Fourier Transform spettroscopia infrarossa (FT-IR). Soluzioni di nanotubi di carbonio polistirolo-innestati in tetraidrofurano (THF) forniscono da parete a parete collinearly autoassemblati nanotubi quando il cast campioni vengono analizzati da microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Tali self-assembly non si ottengono quando gli spazii in bianco adatti allo stesso modo sono espressi da analoghe soluzioni contenenti controparti non innestate. Pertanto, questo metodo consente la modifica delle discromie anisotropo di nanotubi alle pareti laterali che si traduce in auto-organizzazione spontanea su nanoscala.

TGA dati sono stati raccolti da nanotubi incontaminati, nanotubi idrossilati, nanotubi modificati con polieteri metacrilico moiety e nanotubi di polistirolo-innestati (Figura 1). FT-IR risultati sono stati raccolti da nanotubi idrossilati e nanotubi modificati con polieteri metacrilico moiety (Figura 2). Immagini TEM sono state raccolte da nanotubi incontaminati e polistirolo-innestati nanotubi (Figura 3</str...

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Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

Una procedura per la sintesi di polistirolo-innestati nanotubi di carbonio mediante modificazione chimica successivi passaggi selettivamente per introdurre le catene del polimero per i fianchi e la loro auto-assemblaggio è via anisotropo discromie presentato.

L'innesto Multiwalled Carbon Nanotubes con polistirolo per abilitare l'auto-assemblaggio e discromie anisotropo

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

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The goal of the protocol is to synthesize Fe-doped aluminosilicate nanotubes of the imogolite type with the formula (OH)3Al2-xFexO3SiOH. Doping with Fe ...

Facet-to-facet Linking of Shape-anisotropic Colloidal Cadmium Chalcogenide Nanostructures

Faccetta--sfaccettatura che collega di cadmio colloidale forma-anisotropo Chalcogenide nanostrutture

Here, we describe a protocol that allows for shape-anisotropic cadmium chalcogenide nanocrystals (NCs), such as nanorods (NRs) and tetrapods (TPs), to be ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Microscopia elettronica in trasmissione di liquidi-cellula per l'inseguimento auto-assemblaggio delle nanoparticelle

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Fabbricazione di nanocristalli micellare sferica e a forma di verme combinando Electrospray, auto-assemblaggio e controllo di struttura a base di solvente