Summary
Мы обсудили синтез отдельных графитовых nanocups с использованием ряда способов, включая химическое осаждение из паровой фазы, кислоты окислением и зондом кончик ультразвуком. По цитрат сокращение HAuCl
Abstract
Легированного азотом углеродных нанотрубок состоят из многих чашеобразным графитовых отсеков называются, легированного азотом углеродных нанотрубок чашки (NCNCs). Эти только что синтезированного графитовых nanocups от химического осаждения из паровой фазы (CVD) метода были сложены в головы к хвосту состоялся только через нековалентных взаимодействий. Индивидуальные NCNCs могут быть выделены из их укладки структуры, через ряд процессов химической и физической сепарации. Во-первых, синтезированного NCNCs окисляются в смеси сильных кислот вводить кислородсодержащий дефектов на графитовых стенок. Окисленных NCNCs затем обрабатываются с помощью высокоинтенсивного зонд-наконечник ультразвуком, который эффективно отделить NCNCs укладываются в отдельные графитовых nanocups. Вследствие их богатый кислородом и азотом поверхностных функциональностей, приведенных отдельных NCNCs высокой гидрофильностью, может быть эффективно функционализированных наночастиц золота (ВНП), который преимущественно помещается в отверстиечашек как корковые пробки. Эти графитовые nanocups закупоренной с ВНП может найти перспективных приложений, как контейнеры и наноразмерных носителей лекарственных средств.
Introduction
С присущими им внутренними полостями и универсальный химии поверхности, полые углеродных наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ), которые считаются хорошими наноносителей в приложениях доставки лекарств. 1,2 Однако структура фибрилл нетронутых УНТ малопонят полые интерьеров и может привести к серьезным воспалительной реакции и цитотоксические эффекты в биологических системах. 3,4 Азот, легированных углеродных нанотрубок, с другой стороны, было обнаружено, обладают более высокой биосовместимостью, чем нелегированного многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) 5,6 и может иметь лучший препарат Доставка производительности. Легирование атомами азота в графитовую нанотрубку результаты решетки в отсеки полой структурой, напоминающей сложены чашки, которые могут быть отделены, чтобы получить индивидуальные легированного азотом углеродных нанотрубок чашки (NCNCs) с типичной длиной до 200 нм. 7,8 С их доступными интерьеров и азот функциональные возможности, которые позволяют для дальнейшей химическойфункционализации этих отдельных графитовых чашки весьма выгодны для приложений для доставки лекарств.
Среди различных методов синтеза, легированного азотом УНТ включая дугового разряда 9 и магнетронного распыления, 10 химического осаждения из паровой фазы (CVD) была самым распространенным методом из-за нескольких преимуществ, таких как более высокий выход и проще контроля за условиями роста нанотрубок. Пар-жидкость-твердое вещество (ПЖК) механизма роста обычно используется для понимания процесса CVD роста, легированного азотом углеродных нанотрубок. 11 Вообще есть две различные схемы использовать семена металлического катализатора в росте. В «неподвижным слоем» схеме, наночастицы железа с заданными размерами впервые были синтезированы путем термического разложения пентакарбонил железа и затем высевали на кварцевых предметных стеклах методом центрифугирования для последующего роста сердечно-сосудистых заболеваний. 12 В "плавающий катализатор" схема, железный катализатор (обычно ферроцен) смешивали и вводили углерода и нitrogen предшественников, а также термического разложения ферроцена предоставляется на месте поколение железо каталитического наночастиц, на которой углерода и азота, предшественники были депонированы. В то время как с неподвижным слоем катализатора обеспечивает лучший контроль над размером полученной NCNCs, выход продукта, как правило, ниже (<1 мг) по сравнению с плавающей схеме катализатор (> 5 мг) на ту же сумму предшественников и роста времени. Как плавающей схеме катализатор также обеспечивает достаточно равномерное распределение по размерам NCNCs, он был принят в эту бумагу для CVD синтеза NCNCs.
CVD-метод дает только что синтезированного NCNCs фибрилл, которые проявляют морфологию состоит из множества сложенных чашках. Хотя нет химической связи между соседними чашки, 8 проблемы остаются в эффективной изоляции отдельных чашках, потому что они плотно вставлены друг в друга полостей и проведены многочисленные нековалентных взаимодействий, и внешний слой аморфного углерода. 8 AtteMPTS отделить сложены чашки включают химические и физические подходы. В то время как окисление лечения в смеси сильных кислот является типичной процедурой, чтобы сократить нанотрубок и вводить кислород функциональными возможностями, 13,14 оно также может быть применено, чтобы сократить NCNCs на более короткие части. Микроволновая печь процедуры плазменное травление было также показано, чтобы отделить NCNCs. 15 По сравнению с химическим подходы, физическое разделение является более простым. Наши предыдущие исследования показали, что, просто шлифование с помощью ступки и пестика отдельных NCNCs может быть частично изолированы от своих многослойную структуру. 7 Кроме того, высокой интенсивности зонд-наконечник ультразвуком, о котором сообщалось эффективно сократить однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) , 16 было также показано, что значительное влияние на разделение NCNCs. 8 Зонд-Tip обеспечивает обработку ультразвуком высокой интенсивности ультразвукового власть НСНК решение, которое по существу "трясет" сложены кубки и разрушает слабые Интерастрельчатые, которые держат чашки вместе. В то время как другие потенциальные методы разделения являются либо неэффективными или разрушительными для структуры чашку, наконечник зонда ультразвуком обеспечивает высоко эффективное, экономически эффективной и менее разрушительной-физический метод разделения для получения индивидуальных графитовые чашки.
Только что синтезированный фибриллу NCNCs сначала обрабатывали в концентрированной H 2 SO 4 / HNO 3 кислоты смеси до их разделения с наконечником зонда ультразвуком. Полученный отделены NCNCs были высоко гидрофильным и эффективно диспергированы в воде. Ранее мы определили азота функции, такие как аминогруппы NCNCs и использовать их химической активности для функционализации NCNCs. 7,8,17 сравнению с нашими сообщалось ранее методом укупорки NCNCs с коммерческими наночастиц, 8 в этой работе, наночастицы золота (ВНП), были эффективно прикреплена к поверхности чашки, цитрат сокращение от хлорзолотую кислоту. Из-запредпочтительное распределение азота функциональных на открытых краях NCNCs, ВНП синтезированного на месте из золота предшественников как правило, имеют более эффективное взаимодействие с открытой формой оправы и ВНП "корковыми пробками" на чашках. Такой синтез и функционализации методы привели к новым ВНП-NCNC гибридных наноматериалов для потенциального применения в качестве носителей для доставки лекарств.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. CVD Синтез легированного азотом Кубки углеродных нанотрубок (NCNCs)
NCNCs были синтезированы использованием химического осаждения из паровой фазы (CVD) технику на кварцевой подложке с использованием жидких прекурсоров (рис. 1А).
- Поместите 3 фута длиной кварцевую трубку (2,5 см ID) в Линдберг / Голубой трубчатой печи в качестве реакции камеры. Поместите кварцевой пластины (1 "× 12") внутри трубки в качестве подложки для сбора продукта. Печать кварцевую трубку, используя самодельные колпачки из нержавеющей стали с встроенным в газовой и жидкой инъекции соединения / труб.
- Сделать раствор жидкого предшественника, содержащего 0,75% мас ферроцена, 10 мас% ацетонитрила и 89,25 мас ксилолы%. До роста, привлечь около 5 мл жидкого предшественника в газонепроницаемый шприц, соединенный с входом в кварцевой трубке. Поместите шприц на шприцевой насос.
- Соберите систему ССЗ. Подключить все входа и выхода газа. Поток Ar (845 SCCM) очистить систему ССЗ и проверить утечку насIng Snoop жидкого течеискателя. После продувки в течение 20 мин, включите H 2. Установка скорости потока H 2 до 37,5 куб.см при СТД аргона и до 127 станд. Включите печь. Установите температуру печи до 800 ° С и ждать, пока она стабильна при 800 ° С.
- С помощью шприцевого насоса для впрыска жидкого предшественника в кварцевую трубку. Установка скорости нагнетания со скоростью 9 мл / час в течение 6 минут, чтобы заполнить мертвый объем трубки инжектора. Затем уменьшите скорость закачки до 1 мл / ч для роста NCNCs. Через 90 минут роста, выключите насос шприц и H 2 потока газа и выключении печи. Хранить Ar течет поддерживать инертную атмосферу, пока печь не была охлаждена до комнатной температуры.
- Отключите все газовые входы и выходы, и системы впрыска. Разбирать систему, сердечно-сосудистых заболеваний и принять кварцевой пластинки вне. Используйте одностороннее лезвие, чтобы снимать NCNCs пленку с кварцевой пластиной. Дисперсные собранного продукта в этаноле. Средства защиты органов дыхания необходимо для предотвращения челвозможно совпадение первых углеродных материалов, если работа ведется вне вытяжного шкафа.
2. Окисление В синтезированных NCNCs по смесью кислот
- Передача около 10 мг синтезированного NCNCs в 200 мл круглодонную колбу. Добавить 7,5 мл концентрированной HNO 3 в колбу. Кратко разрушать ультразвуком смесь на водяной бане лучше дисперсии. Затем добавляют 22,5 мл концентрированной H 2 SO 4 медленно. (Внимание: сильная смесь отличается высокой агрессивностью; тщательно обрабатывать эти кислоты с безопасной защитой.) Разрушать ультразвуком реакционную смесь на водяной бане при комнатной температуре в течение 4 часов.
- Разбавляют реакционную смесь в 100 мл воды при охлаждении в бане со льдом. Смесь фильтруют через политетрафторэтилена (ПТФЭ) мембрану с размером пор 220 нм с использованием водоструйного насоса.
- Промыть материала на фильтрующую мембрану 200 мл 0,01 М NaOH раствора для удаления любых кислотных остаточный побочный продукт. 18 Затем промыть200 мл 0,01 М раствора HCl, с последующим обильным количеством воды до нейтральной рН фильтрата не было достигнуто. Дисперсные полученный материал (окисленные NCNCs) в воде (20 мл) с помощью ультразвука. Полученную суспензию можно хранить при комнатной температуре в течение дальнейших экспериментов.
3. Физическое разделение NCNCs самого зонда-наконечника ультразвуком
- Передача суспензии окисленного NCNCs в воде в 100 мл пластиковую чашку помещали в ледяную баню. Наполните пластиковый стаканчик с отметки 50 мл водой. Набор зондов ультразвуковой наконечник снабжен 1/4 "диаметр титана микроострийных на 60% максимальной величины (12 Вт). Submerge микроострийных к центру раствором, а затем процесс в течение 12 ч с 30 сек вкл / выкл интервала. Изменение лед каждые 30 минут для предотвращения перегрева.
- Остановите ультразвуком. Фильтр NCNC суспензии через 220 нм с размером пор PTFE мембранный фильтр для удаления крупных частиц. Полученные NCNC образцы можно хранить при комнатной температуре для дальнейшего применения. (Дополнительно) Для сравнения эксперимента, дисперсные другом образце синтезированного NCNCs в ДМФА и непосредственно разрушать ультразвуком подвеска с наконечником зонда ультразвуком в течение 12 ч при той же настройками, как указано выше.
4. Количественный анализ функциональных аминогрупп на NCNCs от теста Кайзера
- Подготовьте реагент: смесь 1 г фенола и 250 мкл этанола в 2,5 мл пиридина, добавляют 50 мкл 0,01 М hydrindantin в H 2 O в смеси. Подготовьте реагент B: растворить нингидрин (50 мг) в 1 мл этанола.
- Взвешенные образцы NCNCs (~ 0,5 мг) на микровесы и диспергирования их в 1 мл 3:2 смеси этанол / вода в небольших пробирках. Добавить 100 мкл реагента А и 25 мкл реагента В с образцом суспензии. Уплотнение пробирки с parafilms и нагревают смесь при 100 ° С масляной бане в течение 10 мин. Фильтр образца через шприцевой фильтр для удаления твердых частиц и сбора раствора фильтрата.
- Возьмите видимом спектрах от Filиллюстрируя для колориметрического анализа с холостой пробы сделаны в том же процессе без добавления NCNCs. Измерить абсорбцию пик с центром при 570 нм и рассчитывают амин нагрузки в соответствии с Ламберта-Бера законом.
5. Функционализация NCNCs с ВНП
- Обрабатывают ультразвуком 4 мл водной суспензии, содержащей отделены NCNCs (0,01 мг / мл) с использованием водяной бани ультразвуковой в течение 5 мин для достижения однородной дисперсии.
- Добавить 1 мл 4 HAuCl водного раствора (1 мг / мл) до НСНК подвески во время обработки ультразвуком. Затем добавляют 250 мкл 1% мас тринатрийцитрат каплям водный раствор. Энергично перемешивают реакционную смесь при 70 ° С на горячей плите в течение 2 часов.
- Центрифуга реакционной смеси при 3400 оборотах в минуту в течение 15 мин. Соберите NCNCs функционализированы ВНП в осадок и промывают водой с помощью центрифугирования. Дисперсные осадка в воде (4 мл).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Только что синтезированный NCNCs от роста CVD появился как ковер черного материала на кварцевой подложке. Толстые пленки из NCNCs весом около нескольких мг были получены путем снятия с лезвием (фиг.1В). ПЭМ-изображения показывают морфологию синтезированного NCNCs при различных увеличениях (рис. 1). На нижнем увеличении (рис. 1в), синтезированного NCNCs все показали структуры фибрилл с длинами обычно составляет несколько микрометров и диаметром 20 - 30 нм. В отличие от непрерывной трубчатой структуры нелегированного нанотрубок, NCNC волокна отсеки со многими чашеобразной сегментов. Высокое разрешение ТЭМ изображение кончика NCNC волокна раскрывает изогнутый графитовые нанотрубки структуры чашки, которые уложены друг на друга (фиг. 1D).
На рисунке 2а ПЭМ-изображения NCNCs после кислотного окисления. Процесс окисления обрезала длинную волокон вкоротких участков около 1 мкм в длину, в котором графитовый чашки остается сложенных. Окисленных NCNCs сформирована стабильная суспензия в воде, которая была затем обрабатываются с наконечником зонда ультразвуком. Через 12 ч ультразвуком и фильтрации, ТЭМ изображение показывает значительное уменьшение длины NCNCs (фиг. 2В). Большинство NCNCs появились отдельные чашки длиной менее 200 нм. Отдельные чашки, изолированных из труб обычно имеют полу-эллиптической формы с одного конца запечатанный, а другой открыт.
Распределение размеров NCNCs была основана на ~ 300 измерений ПЭМ. Длина гистограммы распределения (рис. 3А) окисленных NCNCs, NCNCs после 12 часов обработки ультразвуком, и конечный продукт показывают влияние зонда-наконечника ультразвуком на разделении сложены NCNCs и получение отдельных чашках. Процесс окисления привело к изменению в дзета-потенциал NCNCs с положительного на отрицательный (рис. 3В), беLe присущего аминогрупп NCNCs не были затронуты в соответствии с тест Кайзера (рис. 3в).
Отделенный NCNCs затем функционализированы ВНП по цитрат сокращение HAuCl 4. Реакцию восстановления произошла при 70 ° С при интенсивном перемешивании. Изначально бесцветный раствор начал синеть через 30 мин и постепенно изменена на винно-красные в течение 2 часов. ПЭМ-изображение центрифуги осадок на рисунке 4A показывает высокий уровень охвата ВНП на NCNCs. Почти все нанотрубки чашки функционализированы ВНП и ВНП часто обнаруживаются быть расположены преимущественно на открытых обода выступающей в качестве корковыми пробками для чашки. Увеличенная ПЭМ-изображение (рисунок 4B) показывает, что некоторые ВНП были фактически выросли в чашку интерьера образуя "жесткой" пробки. Был разница в цвете между осадка и надосадочной жидкости. Видимой и ультрафиолетовой областях спектра поглощения показывают, что поверхностный плазмонный резонанс(SPR) группа ВНП в осадок имеет красное смещение по сравнению с супернатант (4C рисунок).
Рисунок 1. (А) Схематическое установку трубчатой печи используется для химического осаждения из паровой фазы (CVD) синтез NCNCs. (B) Фотография в синтезированной NCNC пленка отслаивается от кварцевой подложке. (С) электронно обзор передачи микроскопии ( TEM) изображение после синтеза NCNCs. (D) с высоким разрешением ТЭМ изображение, показывающее кончик отдельных синтезированного NCNC.
Рисунок 2. ПЭМ-изображения (А) окисленный NCNCs и (B) NCNCs после последующих 12 ч зонда наконечник ультразвуком и фильтрации. На врезке показано отдельных отделена NCNC.
Рисунок 3. (A) Длина гистограммы распределения для NCNC образцы (1) после 12 ч-наконечник зонда только ультразвуком, (2) после окисления, (3) после окисления и 12 HR-наконечник зонда ультразвуком, и (4) окончательный продукт после фильтрации через 220 нм с размером пор мембраны. (B) Зета потенциал после синтеза, окислены, а окончательный NCNC образцов. (C) амин нагрузок на NCNCs после 12 часов обработки ультразвуком и только после того, как окисление и 12 ч сынication.
Рисунок 4. (A) ПЭМ изображение NCNCs функционализированных ВНП по цитрат снижение HAuCl 4 и собирают центрифугированием. (B) ПЭМ изображение, показывающее отдельные nanocup закупоренной с ВНП. (C) UV-Vis спектров реакционной смеси надосадочную жидкость и осадок реакции функционализации ВНП. На вставке фотография показывает разницы в цвете между супернатант (слева) и осадок (справа) решений. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .
| Элемент (K Shell) | Как синтезированные Final отделен | |
| в% | в% | |
| C (в том числе N) | 98,0 | 95,9 |
| O | 0,6 | 3,8 |
| Fe | 1,4 | 0,1 |
| Ti | - | 0,2 |
Таблица 1. Элементный анализ синтезированного NCNCs и конечный отделены NCNCs на основе энергии рентгеновского (EDX) спектроскопии.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Основная цель экспериментов являлось эффективно производить графитовые nanocups из легированного азотом УНТ. Однако легирование азотом в синтезе CVD не гарантирует образование сложены чашеобразной конструкции. В зависимости от химического состава предшественника и других условий роста, морфология результате продукт может отличаться много. 19 Концентрация источник азота является основным фактором, влияющим на структуру, поскольку отсеки структура является результатом несовместимости атомов азота в графитовых решеток. 20 Обычно длина отсеков уменьшается с увеличением концентрации азота в предшественнике. При более высоких концентрациях, боковые слои сегментации становятся нерегулярными и гофрированные и равномерное чашеобразной отсеки структура теряется. 19 В нашем процедуру, мы использовали 10% MeCN в качестве предшественника в результате которой единый чашеобразной структуры с подобными диаметрметры. Источник углерода Другой ключевой фактор NCNC синтеза. Предыдущие попытки использования этанола в качестве источника углерода иногда образуются нерегулярно слезинки-образных сегментов в приведенном NCNCs, 12 по-видимому из-за кислородных дефектов возникла из этанола. Замена этанола с ксилолы устранено формирование любых неправильных форм. Кроме того, снижение концентрации ферроцена (0,75 мас%) помогли сформировать небольшой равномерный наночастиц железного катализатора и относительно низкой Расход газа-носителя способствовала вертикального роста. Все эти факторы привели к формированию NCNCs с более равномерного диаметра и высоким выходом.
Только что синтезированный NCNCs длинные волокна укладываются чашками. Высокое разрешение ПЭМ-изображение (рис. 1D) ясно показывает, графитовые структуры соседних сложены чашками. Графитовый стенках каждой чаши проходят вдоль направления под определенным углом от чашки оси, не имея связи между соседними чашках. Прилегающий чашки считались Bэлектронной скрепленных нековалентных взаимодействий между графитовыми слоями, а также наружный слой аморфного углерода, наблюдаемые на рис 1D. Слабых взаимодействий, которые держат в чашки вместе, могут быть нарушены и индивидуальных nanocups может быть выделен с помощью химических или физических методов.
В предыдущем исследовании, 8 процедуры разделения проводили физическое разделение только. Только что синтезированный NCNCs непосредственно ультразвуком в N, N-диметилформамид (DMF) под зондом кончик ультразвуком. 12 ч обработки ультразвуком значительно уменьшается средняя длина NCNCs от нескольких микрометров до 556,9 ± 256,1 нм и эффективно полученных отдельных nanocups, хотя неразделенные NCNCs все еще часто наблюдается. Основным недостатком для прямого ультразвуком в том, что в синтезированной NCNC волокна были высоко гидрофобные и даже плохо суспендировали в ДМФ. Эффективность разделения была скомпрометирована в этом случае, потому чтоNCNCs не были хорошо диспергированной на начальном этапе. Для улучшения дисперсии NCNCs в растворителе и облегчения ультразвуковой разделения, синтезированного NCNCs сначала обрабатывали с сильными кислотами. Эта процедура широко применялась для окисления нетронутой нанотрубок. 13 энергии диспергировали рентгеновского (EDX) спектроскопии показывает значительное увеличение концентрации кислорода в NCNCs после кислотной обработки (табл. 1), что указывает на кислород функциональными были введены в графитовую структуру. Стадию окисления не только увеличить гидрофильность NCNCs, но, возможно, также ослабленные взаимодействие между графитовыми слоями соседних чашки путем введения дефектов решетки кислорода и удаления внешней аморфного углерода. Окисленных NCNCs образуются даже дисперсия в воде и, следовательно, были более восприимчивы к последующим ультразвуковым разделения. Средняя длина окисленных NCNCs измеряется от ПЭМ-изображения был 770 ± 571 нм. После 12 ч зонд-наконечник ультразвуком, большинствоотдельные чашки были выделены из, а средняя длина была уменьшена до 178 ± 94 нм, что было ниже 220 нм, размер пор мембраны из ПТФЭ. Процесс фильтрации таким образом, дополнительно удалить больше NCNCs и уменьшить среднюю длину до 110 ± 55 нм, оставив только отдельные и коротким стеком nanocups в фильтрате. Окончательный отделена NCNCs были хорошо диспергированного в воде, образуя стабильную суспензию, которая показала небольшое количество осадков за период в несколько недель.
Процесс кислоты окислением значительно изменены поверхностные свойства NCNCs. В связи с наличием азота функциональные возможности, которые, как правило, протонированные в растворе, в синтезированной NCNCs были несколько положительно заряженных с дзета-потенциал +9 мВ. Кислота окисление сделаны NCNCs более суспендируемых с отрицательным дзета-потенциал приблизительно -30 мВ. Следует отметить, что процесс окисления не изменяет функциональности присущие амина на поверхности NCNCs как количественно оценивали KaiseR тест. Напротив, более аминогрупп были найдены на отделен NCNCs после 4 ч кислоты окислению, чем на образцах, разделенных только ультразвуком, в котором указано, что лучшего разделения подвергается более амин функциональных возможностей. Процесс окисления кислота также эффективно удалить остатки железного катализатора из NCNCs как показали EDX элементным анализом (табл. 1).
Главная проблема длительной зондом кончик ультразвуком износа титана советы. Длительная и интенсивная ультразвуковых колебаний создает много тепла и абразивными к микронаконечник. Как кончик быть стертым, разделение эффект был ослаблен и частицы титана как правило, оторваться от чаевых, поскольку загрязнения. Для лучшей защиты кончика от повреждений, образец был обработан на 30 сек вкл / выкл интервалы и ледяную баню заменять каждые 30 мин для предотвращения перегрева. Благодаря своей химической инертности, титан загрязняющее вещество было трудно полностью удалить. Процедуры фильтрациичерез 220 нм пор мембраны было эффективным в удалении любых крупных частиц титана и мелких частиц также может быть главным образом удалены путем кратковременного центрифугировани при 3400 оборотов в минуту в течение 4 мин, но в конечном отделены NCNC образцы около 0,2 ат% титана было еще присутствует (табл. 1).
Отделенный NCNCs оба кислорода и азота на их функциональные графитовых рамках, которые обеспечивают разнообразные химические свойства необходимы для приложений для доставки лекарств. По тиолирование из аминогрупп, мы ранее были в состоянии приложить коммерческое ВНП на графитовом nanocups. 8 Те ВНП, со средним диаметром установке открытия чашки, как правило, чтобы запечатать чашку как корковые пробки. Использование гидрофильных окисленных NCNCs, ВНП может быть более эффективно закреплены на чашках в водной фазе прямого восстановления хлорзолотую кислоту с тринатрийцитратом как снижение реагента. ВНП могут кристаллизации на азот functionalitieсек и продолжают расти в условиях реакции. Это снизу вверх функционализацию подход привел к сильным и специфическим взаимодействием между ВНП и NCNCs. В связи с предпочтительное распределение азота функциональные на открытом краю чашки, ВНП было больше шансов пузырькового на открытии, и последующий рост часто образуются пробки форме наночастиц, которые распространены на внутренней части чашки. Это укупорочные взаимодействия чаще наблюдалось сокращение использования подхода по сравнению с нашим предыдущим методом. Бесплатно ВНП в растворе присутствовали также во время реакции восстановления, они могут быть удалены центрифугированием при 3400 оборотах в минуту в течение 15 мин. Был четкое различие между раствором цвета супернатанта и осадка. Бывший появился как красное вино с полосой поглощения при 524 SPR нм и последний был фиолетовый с группой SPR при 540 нм. Красное смещение в группе SPR может быть связано с сильной электронного взаимодействия ВНП на поверхности NCНК.
В заключение, мы приняли ряд методов синтеза для получения индивидуальных графитовых nanocups (т.е. NCNCs) от их укладки структур. Введение окисления кислоты и зонд-наконечник процедуры ультразвуком необходимо обеспечить высокую эффективность разделения и гидрофильность окончательного nanocups. Через цитрат сокращение HAuCl 4, NCNCs затем функционализированы ВНП которая фактически закрыла чашкам корковыми пробками. Этот роман ВНП-NCNC гибридные наноматериалы, возможно, перспективных применений как наноразмерные контейнеров и доставки лекарственных средств перевозчиков.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы заявляют никакого конкурирующих финансовых интересов.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана премии NSF КАРЬЕРА номер 0954345.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| H2 | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ar | Valley National Gases | Grade 5.0 | |
| Ferrocene | Sigma-Aldrich | F408-500G | |
| Xylenes | Fisher Scientific | X5-500 | |
| Acetonitrile | EMD | AXO149-6 | |
| H2SO4 | Fisher Scientific | A300-500 | |
| HNO3 | EMD | NX0409-2 | |
| DMF | Fisher Scientific | D119-500 | |
| Ethanol | Decon | 2716 | |
| Phenol | Sigma-Aldrich | P1037-100G | |
| Pyridine | EMD | PX2020-6 | |
| Hydridantin | Sigma-Aldrich | H2003-10G | |
| Ninhydrin | Alfa Aesar | 43846 | |
| HAuCl4 | Sigma-Aldrich | 52918-1G | |
| Sodium Citrate | SAFC | W302600 | |
| Equipment | |||
| CVD Furnace | Lindberg/Blue | ||
| TEM (low-resolution) | FEI Morgagni | ||
| TEM (high-resolution) | JOEL | 2100F | |
| Probe-tip Sonicator | Qsonica | XL-2000 | |
| UV-Vis Spectrometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Zeta Potential Analyzer | Brookheaven | ZetaPlus | |
| EDX spectroscopy | Phillips | XL30 FEG | |
References
- Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M.
- Hilder, T. A., Hill, J. M. Modeling the loading and unloading of drugs into nanotubes. Small. 5 (3), 300-308 (2009).
- Shvedova, A. A., Kisin, E. R., et al. Unusual inflammatory and fibrogenic pulmonary responses to single-walled carbon nanotubes in mice. American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), L698-L708 (2005).
- Jia, G., Wang, H., et al. Cytotoxicity of carbon nanomaterials: Single-wall nanotube, multi-wall nanotube, and fullerene. Environmental Science & Technology. 39 (5), 1378-1383 (2005).
- Carrero-Sánchez, J. C., Elías, A. L., et al. Biocompatibility and toxicological studies of carbon nanotubes doped with nitrogen. Nano Lett. 6 (8), 1609-1616 (2006).
- Zhao, M. L., Li, D. J., et al. Differences in cytocompatibility and hemocompatibility between carbon nanotubes and nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 49 (9), 3125-3133 (2011).
- Allen, B. L., Kichambare, P. D., Star, A. Synthesis, characterization, and manipulation of nitrogen-doped carbon nanotube cups. ACS Nano. 2 (9), 1914-1920 (2008).
- Zhao, Y., Tang, Y., Chen, Y., Star, A. Corking carbon nanotube cups with gold nanoparticles. ACS Nano. 6 (8), 6912-6921 (2012).
- Stephan, O., Ajayan, P. M., et al. Doping graphitic and carbon nanotube structures with boron and nitrogen. Science. 266 (5191), 1683-1685 (1994).
- Suenaga, K., Johansson, M. P., et al. Carbon nitride nanotubulite - densely-packed and well-aligned tubular nanostructures. Chem. Phys. Lett. 300 (5-6), 695-700 (1999).
- Chen, H., Yang, Y., et al. Synergism of C5N six-membered ring and vapor-liquid-solid growth of CNx nanotubes with pyridine precursor. J. Phys. Chem. B. 110 (33), 16422-16427 (2006).
- Allen, B. L., Keddie, M. B., Star, A. Controlling the volumetric parameters of nitrogen-doped carbon nanotube cups. Nanoscale. 2 (7), 1105-1108 (2010).
- Liu, J., Rinzler, A. G., et al.
- Zhao, Y., Allen, B. L., Star, A. Enzymatic degradation of multiwalled carbon nanotubes. J. Phys. Chem. A. 115 (34), 9536-9544 (2011).
- Wang, Y., Bai, X. High-yield preparation of individual nitrogen-containing carbon nanobells. Mater. Lett. 63 (2), 206-208 (2009).
- Heller, D. A., Mayrhofer, R. M., et al. Concomitant length and diameter separation of single-walled carbon nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 126 (44), 14567-14573 (2004).
- Allen, B. L., Shade, C. M., Yingling, A. M., Petoud, S., Star, A.
- Wang, Z., Shirley, M. D., Meikle, S. T., Whitby, R. L. D., Mikhalovsky, S. V. 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. Carbon. 47 (1), 73-79 (2009).
- Liu, H., Zhang, Y., et al. Structural and morphological control of aligned nitrogen-doped carbon nanotubes. Carbon. 48 (5), 1498-1507 (2010).
- Mandumpal, J., Gemming, S., Seifert, G. Curvature effects of nitrogen on graphitic sheets: structures and energetics. Chem. Phys. Lett. 447 (1-3), 115-120 (2007).
