En alsidig, ren og effektiv måde at forbedre udbredt anvendelse af carbon nanorør

(PhysOrg.com) - Forskere ved Imperial College London har udviklet en alsidig, praktisk og effektiv metode til aktivering af steder på overfladen af ​​carbon nanorør (CNT'er) og efterfølgende binding af en lang række molekyler til dem. Denne nye metode vil muliggøre storstilet fremstilling af modificerede CNT'er.

Den nye metode, rapporterede denne måned i journalen Kemisk videnskab , overvinder en stor hindring i udviklingen af ​​applikationer i industriel skala til CNT'er. Det giver producenterne en metode, der, i princippet, kan bruges til at ændre overfladekemien i den underliggende nanorørstruktur, i stor skala. Overflademodifikation kan give nye egenskaber eller muliggøre efterfølgende behandlingstrin:f.eks. molekyler podet til CNT'erne kan indføre katalytisk aktivitet eller give kompatibilitet med særlige opløsningsmidler.

Vores tilgang er potentielt et meget vigtigt skridt i retning af fremstilling af carbon nanorør med specifikke kemiske egenskaber, såkaldt funktionalisering, i industriel skala, "sagde professor Milo Shaffer, hovedforfatter af undersøgelsen fra Institut for Kemi ved Imperial College London. "Vores metode er ekstremt praktisk, fordi, i princippet, den kan udnytte eksisterende infrastruktur, og alligevel er den yderst alsidig; det enorme udvalg af molekyler, der kan bindes til CNT'er, gør teknologien tilpasselig til næsten enhver anvendelse. "

"Vores teknik er i sig selv skalerbar og for første gang, det bør være muligt at funktionalisere CNT'er i samme skala som de produceres. Denne ændring er betydelig, da industriens nuværende kapacitet til fremstilling af CNT'er er hundredvis, hvis ikke tusinder, gange større end dens evne til at tilføje kompleks overfladekemi. Denne teknik bør øge tilgængeligheden af ​​funktionaliserede CNT'er, muliggøre nye applikationer, der kræver fremstilling i bulk, og dermed øge markedets vækst, "tilføjede professor Shaffer.

Metoden, som professor Shaffer og hans kolleger har udviklet, skal gøre det muligt let at skræddersy CNT'er til potentielle applikationer såsom sensornetværk, filtre, elektroder til elektrokemiske anordninger, avancerede katalysatorer og for at forbedre CNT -kompatibilitet i, for eksempel, kompositmaterialer, opløsningsmidler, og elektrolytter.

Nøgletrinnet i den nye metode indebærer aktivering af CNT'er ved høje temperaturer under en inert atmosfære eller vakuum. Højtemperaturbehandlingen driver desorption af overfladeoxider på CNT -overfladen, producerer reaktive radikaler, der efterfølgende kan binde en lang række funktionelle molekyler til ændring af fysisk-kemiske egenskaber ved CNT. Radikaler kan også starte polymerisationen af ​​monomerer, så oligomerer af funktionelle molekyler er bundet til CNT'er. Behandlingen forårsager ingen væsentlig skade på CNT -strukturen, fordi overfladestederne, som den aktiverer, allerede findes på nanorør fremstillet ved hjælp af standardindustrielle metoder. Antallet af reaktive steder, og dermed funktionaliseringsgrad, kan øges ved yderligere oxidationstrin.

Professor Shaffers team har demonstreret, at de funktionelle molekyler er bundet til, og ensartet fordelt på, overfladen af ​​CNT'erne. Mens molekylerne er bundet ved relativt lave tætheder, graden af ​​funktionalisering er tilstrækkelig til at give fordele i industrielle applikationer. Teamet har allerede demonstreret fastgørelse af katalytiske metalpartikler, forbedrede opløseligheder, og forbedret befugtning med polymermatricer.

Professor Shaffer sagde:"Varmebehandlingen for at aktivere CNT'er er kompatibel med nogle eksisterende produktionsteknologier og kan let bruges til at arbejde med andre. Hvor de funktionelle molekyler, der skal tilføjes, er flygtige, metoden kan udføres i gasfasen uden behov for opløsningsmidler, på ethvert tidspunkt. Fraværet af opløsningsmiddel forenkler oprensning af de funktionaliserede CNT'er og da mange opløsningsmidler, der anvendes i vådaktiveringsmetoder, er ætsende og giftige, denne mulighed har fordele ved miljø- og farekontrol. Det har også den fordel, at det er mindre skadeligt, mindre spild, og mindre tidskrævende end eksisterende metoder. "