Chức hóa ống nano bằng các hợp chất chứa nhóm chức amin ( amido) mạch thằng hay vòng thơm.
Thường thường sự chức hóa các ống nano carbon đa vách có thể làm tăng sự phân tán của chúng trong nước. Tuy nhiên, các phản ứng khác trong quá trình gắn nhóm chức amin này cũng có thể xảy ra và làm ảnh hưởng đến sự phân tán ống nano carbon trong các dung môi hữu cơ. Các hợp chất amine được dùng là
octadecylamine (ODA), 2-aminoanthracene, 1-H,1-H-pentadecafluorooctylamine, 4-perfluorooctylaniline, và 2,4-bis(perfluorooctyl) aniline. Phản ứng gắn nhóm chức giữa octadecylamine (ODA) và ống nano carbon đa vách được biểu diễn trong hình 8. Sự chức hóa các ống nano carbon đa vách với octadecylamido(s-SWNT-CONH-(CH2)17CH3), cũng hình thành sản phẩm biến tính tan được trong nước. Hàm lượng của nhóm chức octadecylamido trong ống nano carbon đa vách chiếm 50%. Ngoài ra , việc sử dụng phối hợp hoặc đơn lẻ các polyimide vòng thơm khi biến tính cũng tạo ra các sản phẩm nano carbon đa vách có thể tan tốt trong dung môi hữu cơ.
Nhóm dẫn xuất aniline (4-pentylaniline, 4-dodecylaniline, 4-tetradocylaniline, 4-pentacosylaniline, 4-tetracontylaniline, 4-pentacontylaniline) cũng như các amine(octadecylamine, nonylamine, dodecylamine, pentacosylamine, tetracontylamine, pentacontylamine), và hỗn hợp từ chúng được sử dụng trong quá trình chức hóa ống nano carbon. Sản phẩm hình thành là một hỗn hợp có thể tan tốt trong carbon disulfide CS2 và nhiều loại dung môi hữu cơ thông dụng chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, tetrahydrofuran (THF), chloroform, methylene chloride, diethylene glycol dimethyl ether, benzene, toluene, tetrachlorocarbon, pyridine, dichloroethane, diethyl ether, xylene, naphthalene, nitrobenzene, ether, và hỗn hợp các dung môi từ đó. Khả năng tan của ống nano carbon là 0.01-5.0 mg/ mL.
Chức hóa ống nano carbon bằng các hợp chất chứa nhóm chức sulfur.
Trong số các chất hoạt động bề mặt hoặc chất chức hóa chứa nhóm sulfur, sodium dodecyl sulfate C12H25OSO3Na dùng kết hợp với hydroxypropyl methyl cellulose hoặc hỗn hợp acid HNO3/H2SO4 giúp hỗ trợ sự phân tán các ống nano carbon.
Chức hóa ống nano bằng hợp chất vòng đại phân tử
Các vòng đại phân tử cổ điển như porphyrins và phthalocyanines được ứng dụng thành công như chất precusor cho sự hòa tan các ống nano carbon. Dung dịch ống nano carbon porphyrin đi từ [meso-(tetrakis-4-sulfonatophenyl) porphine dihydrochloride] (hình 9) có thể tan trong nước và bền trong một thời gian dài. Huyền phù của các ống nano đa vách biến tính bằng anionic tetra(p-carboxyphenyl) porphyrin có thể bền không lắng hơn một tuần. Chúng được dùng trong phân tích định lượng phổ huỳnh quang của sự lai hóa DNA.
So với porphyrins, các composite ống nano carbon với phthalocyanine ít thấy công bố hơn. Tuy nhiên, một composite của ống nano carbon đa vách đã qua oxy hóa và phthalocyanine đồng có gắn nhóm muối natri acid sulfonic đươc công bố trong patent GB2428135 về ứng dụng làm thành phần hấp thu năng lượng trong tế bào quang điện lưỡng lớp hữu cơ. Màng mỏng chứa phân tử bán dẫn đi từ ống nano carbon trên nền các loại bazo phthalocyanine khác nhau được công bố trong patent WO07007061
Sự chức hóa của ống nano carbon hiện đang là chủ đề nhận được sự tích cực thảo luận bởi vì nó được mọi người tin rằng những sửa đổi, biến tính hóa học có quy hoạch ở ống nano carbon sẽ mở ra hướng ứng dụng thiết thực trong công nghệ ứng dụng Nano.Vì sự kết hợp tuyệt vời của các tính chất cơ khí, nhiệt, hóa học, điện tử, các ống nano carbon vách đơn hay đa lớp được coi là vật liệu duy nhất, với rất nhiều hứa hẹn các ứng dụng trong tương lai, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ nano, điện tử học nano, và vật liệu composite. Ngoài ra, ống nano carbon hiện đang trở thành loại phân tử cao cấp thu hút sự quan tâm trong lĩnh vực về hóa dược. Hiện nay, tiềm năng ứng dụng sinh học của ống nano carbon được khám phá rất ít. Sự khó khăn chính yếu để tích hợp vật liệu này vào trong các hệ sinh học là do ống nano carbon không có tính tan trong các dung dịch sinh hóa. Sự chức hóa ống nano carbon với sự hỗ trợ các phân tử sinh học sẽ cải thiện đáng kể của khả năng tan của nó trong nước hoặc môi trường dung môi hữu tạo điều kiện phát triển vật liệu mới trong công nghệ sinh học, sinh dược, và kỹ thuật sinh học.
Chức hóa bằng việc sử dụng nguyên tố kim loại, hợp chất vô cơ, và tác chất Grignard.
Nói chung, các nguyên tố kim loại đã được sử dụng trong các hình thức hạt nano(Au, Fe, Co) hoặc các dung dịch trong nước ammonia (Alkali kim loại) thông qua với các cầu nối hữu cơ. Nhờ vậy, các sản phẩm lai tan được nước của của ống nano carbon đa vách và nano vàng đã được điều chế thông qua phương pháp tổng hợp in-situ sử dụng hợp chất hoạt quang điện N, N’-bi (2-mercaptoethyl) – perylene-3, 4,9 ,10-tetracarboxylic diimide như chất tạo cầu nối và ổn định liên kết.Sản phầm lai này phát huỳnh quang rất mạnh khi chiếu đèn UV. Nó có tiềm năng trong ứng dụng làm chất đánh dấu sinh học.
Hạt nano từ tính oxide sắt hoặc cobalt và cobalt / platinum đã được bọc phủ được gắn lên ống nano carbon nanotubes nhờ phân tử cầu nối là dẫn xuất carboxylic của pyrene. (hình 1).Hệ nano sắt từ – ống nano carbon tan tốt trong dung môi hữu cơ như chloroform, toluene, and hexane.
Các ống nano carbon tan được trong dung môi có thể được điều chế bằng quá trình alkylate hoặc arylate hóa các muối Li , Na hoặc K của nano carbon trong dung dịch ammonia ( phản ứng Billups. Phản ứng Billup còn giúp tổng hợp các ống nano carbon tan được cả trong nước.Phương pháp này cho phép gắn các nhóm alkyl hoặc arylk bậc năm, dùng được cho cả muối Li và Na tạo ra sản phẩm với lượng hàng gram ống naono carbon đã alkylate hóa.(hình 2)
Chức hóa ống nano carbon trong môi trường acid mạnh có chứa các chất chứa oxy
Các acid mạnh oxy hóa bề mặt ống nano carbon tạo nhóm chức COOH trên bề mặt ống. Sau đó các nhóm chức này sẽ phản ứng tiếp với các chất chứa oxy khác trong dung dịch hình thành muối nano carbon tan. Ví dụ nano carbon –COOH phản ứng với SOCl2. Trong một hướng áp dụng tương tự, ống nano carbon được phân tán trong oelum ( chứa 20% SO3 tự do) ở 800C. Sau đó acid sulfamilic , tiếp theo nitrile natri và 2,2’ –azo-bis(isobutylrylnitrile) (AIBN) được cho vào hỗn hợp. Hổn hợp được khuấy trong một giờ. Ống nano carbon sau xử lý được lọc lại và rửa sạch. Kết quả phản ứng là ống nano carbon có chứa nhóm chức sulfanilic có thể hòa tan trong nước. (hình 3)
Trong hướng tiếp cận khác, sản phẩm phenyl sulfonate hóa ống nano carbon hình thành từ việc xử lý bằng benzoyl peroxide, oleum và xút (hình 4).
Các sản phẩm ống nano carbon biến tính chứa nhóm chức phenyl sulfonate theo kỹ thuật tạo muối diazonium hoàn toàn tan tốt trong nước. Chúng có thể phục vụ như công nghệ nền tảng để tiếp tục cho các ứng dụng trong dược, điện tử, và năng lượng.
Chức hóa ống nano carbon bằng các hợp chất chứa nhóm alkyl hoặc vòng thơm
Sản phẩm ống nano carbon đơn vách biến tính bằng các alkyl hoặc vòng thơm có thể đi từ việc sử dụng kỹ thuật nghiền rung tốc độ cao gây phản ứng cộng hợp. (hình 5). Sản phẩm từ hướng biến tính này cho tính tan tốt trong nhiều loại dung môi hữu cơ.
Ngoài ra, bằng phản ứng cộng vòng lưỡng cực 1,3 các oxide nitril lên thành ống nano carbon đơn vách, ta cũng có thể thu được sản phẩm chứa nhóm chức pyridyl có tính tan cao.(hình 6). Các sản phẩm dùng kỹ thuật cộng hợp 1,3 nói trên là loại được chức hóa hai lần. Ở hai đầu ống nano carbon, chúng chứa các nhóm chức pentyl ester cho tính tan tốt trong các dung môi hữu cơ. Trên thành ống, chúng chứa các nhóm chức pyridyl isoxazoline cho khả năng kết hợp tốt với các porphyrin kim loại sau này.
Tương tự, sản phẩm ống nano carbon được biến tính nhờ cộng hợp 1,3 nhóm phenyl và trùng hợp nhờ phản ứng trùng hợp gốc truyền mạch nguyên tử của các nhóm chức t-butyl acrylate cũng cho tính tan tốt trong nhiều loại dung môi hữu cơ khác nhau. (hình 7)
Hoahocngaynay.com
Nguồn Teppi – Chemvn.net
