Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. a) лист графена б) «карта хиральности» ОУНТ
Рис. 2. Химическая функционализация стенок ОУНТ солями диазония
Рис. 3. Молекула ДНК вокруг ОУНТ
Рис. 4. Адсорбция хиральной дипорфириновой молекулы на стенке ОУНТ. Р-правая ОУНТ, М – левая ОУНТ

Выделяем, разделяем и сепарируем углеродные нанотрубки

Ключевые слова:  материаловедение, углеродные нанотрубки

Автор(ы): А.Овчинников

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

17 октября 2010

Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) представляют сейчас огромный интерес для разных областей науки и промышленности. Основными параметрами ОУНТ являются их диаметр и хиральность. Последнее определяет электронные свойства материала. Хиральность углеродных нанотрубок задается вектором хиральности:

Ch=na1+ma2,

где a1 и a2 – параметры решетки графена. Металлическими ОУНТ являются нанотрубки, для которых выполняется условие (n-m)/3=s, где s – целое число (рис. 1). Такая особенность связана со строением зоны Бриллюэна. Нанотрубки, для которых это условие не выполняется, являются полупроводниками. Получение ОУНТ с заданными параметрами до сих пор представляет нерешенную задачу.

В статье китайских ученых Liu и Zhang дается краткий обзор основных методов выделения ОУНТ с определенными свойствами.

Функционализация стенок ОУНТ

Ввиду того, что высшая занятая молекулярная орбиталь металлических ОУНТ лежит выше, чем в случае полупроводниковых ОУНТ, первые легче вступают в реакции электрофильного присоединения. При этом электрофилами могут быть соли диазония, оксид осмия, фторированные алкены, кремнийорганические соединения и др (рис. 2). Во всех этих реакциях необходим строгий контроль за концентрацией реагентов, чтобы избежать побочных взаимодействий с полупроводниковыми ОУНТ.

Селективное разрушение

Пероксид водорода селективно окисляет полупроводниковые ОУНТ при УФ облучении в растворе при 90оС. Кроме того, эта реакция селективна по отношению к диаметру нанотрубок, т.к. изменение длины волны приводит к возбуждению зависящих от диаметра электронных переходов в углеродной нанотрубке. Авторы обзора ссылаются также на работу Miyata, который установил, что окислению на воздухе более подвержены ОУНТ с меньшим углом хиральности и меньшим диаметром. Обработка углеродных нанотрубок другими газами при высокой температуре также рассматривается как метод селективного разрушения нанотрубок одного типа. Так, водородная плазма вызывает гидрирование металлических ОУНТ и ОУНТ с малым диаметром, в то время как нагревание ОУНТ с SO3 приводит к селективному разрушению полупроводниковых нанотрубок.

Диспергирование с биомолекулами

Использование биологических молекул позволяет проводить диспергирование, селективное как по отношению к диаметру, так и по отношению к электронным свойствам ОУНТ. Особый интерес представляет использование ДНК в качестве диспергента. Взаимодействие ДНК с углеродными нанотрубками ведет к специфическому сворачиванию молекулы ДНК вокруг ОУНТ (рис. 3), что позволяет проводить разделение нанотрубок методом ионообменной хроматографии, при чем раньше выходят фракции, обогащенные металлическими ОУНТ и ОУНТ с меньшим диаметром. Однако использовать этот метод для крупномасштабного производства пока невозможно.

Амины и поверхностно-активные вещества

Октадециламин селективно взаимодействует с полупроводниковыми нанотрубками, если ОУНТ были предварительно окислены. Пропиламин и изопропиламин селективно адсорбируются на металлических нанотрубках. Эффективным диспергентом может быть также лаурилсульфат натрия, при использовании которого возможно разделение нанотрубок как по диаметру, так и по электронным свойствам. Наибольшая эффективность достигается при одновременном применении селективного диспергирования и гель-электорофореза.

Ароматические соединения

Из-за сильных π-π взаимодействий возможна адсорбция ароматических молекул на стенках углеродных нанотрубок. Селективная адсорбция порфирина наблюдалась на стенках полупроводниковых ОУНТ. Значительным достижением в этой области является возможность разделения левых и правых хиральных нанотрубок с использованием хиральных ароматических молекул, состоящих из двух порфириновых фрагментов (рис. 4). Варьируя двугранный угол между порфириновыми остатками в молекуле диспергента, можно изменять селективность выделения хиральных ОУНТ.

Модифицированные химически или диспергированные углеродные нанотрубки можно разделять, используя стандартные методы: жидкостную хроматографию, центрифугирование и гель-электрофорез.

Приведенный в обзоре список методов разделения ОУНТ не исчерпывает всех возможных подходов к этой проблеме. Авторы обзора выражают надежду, что в будущем будут разработаны химически методы направленного синтеза ОУНТ с заданными характеристиками. При этом они считает, что возможен как стандартный каталитический подход с ростом ОУНТ из газовой фазы, так и синтез отдельных фрагментов нанотрубок методами органической химии или использование ОУНТ с заданными диаметром и хиральностью в качестве темплатов для получения одинаковых углеродных нанотрубок. По мнению авторов такой принцип «клонирования» может быть реализован в будущем.

А.Овчинников (и коллеги с химического факультета МГУ) на основе оригинальной статьи: Cai-Hong Liu, Hao-Li Zhang. Chemical approaches towards single-species single-walled carbon nanotubes. RSC, 2010; (DOI: 10.1039/c0nr00306a)



Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Результат семинаров по статьям и обсуждения темы со студентами ФНМ и химического факультета МГУ. Подбор большинства статей для обсуждения - Лев Трусов (ФНМ МГУ).
Владимир Владимирович, 17 октября 2010 19:05 
Очень интересная серия!
(А то уж создалось впечатление, что на Нанометре авторы робко и самозабвенно, как в бразильских сериалах, пересказывают материалы восьмидесятых годов безо всякой цензуры )

К слову, у меня вопрос и по сути: поясните, пожалуйста, разницу между "разделением" и "сепарированием" (в названии статьи). Заранее благодарен.
Да ни в чем, как всегда, самые неудачные вещи (особенно название) придумывает именно Гудилин
Смысл серии - не только в том, что появится новый материал, а еще и в том, чтобы студенты - авторы НАУЧИЛИСЬ сами это делать. Плохого не допустим, а критика шероховатостей их сподвигнет на самосовершенствование в дальнейшем.
Владимир Владимирович, 17 октября 2010 19:40 
Разумно!
(и все удачно!)
Идеалистично и непрактично, но оптимистично.
Палии Наталия Алексеевна, 17 октября 2010 20:30 
материалы восьмидесятых годов?
Владимир Владимирович, 17 октября 2010 20:32 
Ах, эти! Да я бы с удовольствием нашел бы материалы годов так ... позапрошлого века. Ретроспектива. Все новое - хорошо забытое старое. А старое - недодуманное в то время новое.
Владимир Владимирович, 17 октября 2010 21:16 
В принципе, оно конечно. Да и истина глаголет устами...
... младенца? Академика? Студента? Министра образования и... науки?
Владимир Владимирович, 17 октября 2010 21:33 
Всех и вся!
А к оригинальному смыслу поговорки первое и последнее хорошо подходят.
и то верно
Клюев Павел Геннадиевич, 17 октября 2010 22:19 
значит нам в универе читают как раз
материалы 80-х...печально.честно.еще более
печально то, что на лекциях даже малой толики
той ретроспективы нет...только заголовки как в
оглавлении стыдно за образование.что
будет?
Павел Геннадьевич, многие и этого не знают. И ТАКИЕ материалы тоже нужны, правда, все равно нужно искать современные представления и пр. Но кое - что не особо стареет и не так уж и важен его возраст. У химиков, например, это периодическая система элементов. Как не выдумывали, что с ней такое сотворить, все живут лишь канонические варианты (хотя и экзотика встречается).
Клюев Павел Геннадиевич, 17 октября 2010 22:56 
спасибо , чуть-чуть успокоили
Клюев Павел Геннадиевич, 17 октября 2010 22:57 
спасибо за совет, буду стараться
А написанные не в последние годы школьные учебники и популярные книжки мне больше нравятся, да - и понятнее нам, школьникам.
Клюев Павел Геннадиевич, 20 октября 2010 02:09 
согласен, Ангелина.сейчас просто куча всяких пособий, изданных просто, чтоб было...передирают друг у друга, просят студентов набрать методу или пособие/учебник..естественно это ПОЧТИ ВСЕГДА потом никто не перечитывает и не редактирует...просто кошмар. я например нашел инфу из одного пособия, не будем называть предмет и ВУЗ,,,на сайте Э.Успенского...тютелька в тютельку содрано..не пойман-не вор...

Хочу в защиту добросовестных издателей и авторов похвалить, например, АЗБУКУ по НАНОтехнологиям! Очень хорошая познавательная книга! Также хороши книги издательства МГУ. Например, мне нравится Физическая оптика.
Палии Наталия Алексеевна, 20 октября 2010 20:53 
А написанные не в последние годы школьные учебники и популярные книжки мне больше нравятся, да - и понятнее нам, школьникам.- это действительно так, так что, Ангелина Валерьевна, разыщите в библиотеках : "Энциклопедию юного химика", "Книгу для чтения по химии", изданные в 70-80 годах. Ну а что касается физики математики - читайте журнал "Квант" ( бесплатно в Интернете), попробуйте почитать и статьи из "Науки и жизни". .

Павел Геннадьевич, действительно раньше книжки были более качественные - ведь помимо авторов и редакторов книжки внимательно вычитывали и корректоры (которые сейчас остались лишь в отдельных издательствах ). Но МГУ держит марку
Москаев Артём Сергеевич, 08 февраля 2016 11:20 
Интересно

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Волшебные палочки (или Чудеса оптической микроскопии)
Волшебные палочки (или Чудеса оптической микроскопии)

Все члены сборной России получили медали на 30-й Международной биологической олимпиаде для школьников
21 июля в Сегеде (Венгрия) подвели итоги 30-й Международной биологической олимпиады для школьников. Российская сборная на состязании завоевала три серебряные медали и одну бронзовую.

Шесть медалей завоевали российские школьники на 60-й Международной математической олимпиаде
Стали известны итоги 60-й Международной математической олимпиады для школьников, которая проходила в Бате (Великобритания). Российская сборная завоевала две золотые и четыре серебряные медали.

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.