Новости химической науки > Простой способ разделения углеродных нанотрубок

Существуют одностенные углеродные нанотрубки [single-walled carbon nanotubes (SWCNT)] с металлическим и полупроводниковым типом проводимости, однако для использования этих систем на практике зачастую требуются либо металлические либо полупроводниковые нанотрубки, что, очевидно, обуславливает актуальность разработки процесса их разделения.

Существовавшие до настоящего времени методы разделения нанотрубок могут приводить к их разрушению, в ряде случаев с помощью такого метода можно получать лишь микрограммовые количества чистых наносистем. Оба эти обстоятельства значительно увеличивают стоимость очистки нанотрубок.

Рисунок из ACS Nano, 2012; DOI: 10.1021/nn2041494

Мило Шэффер (Milo Shaffer) из Имперского Колледжа Лондона отмечает, что хотя и существует возможность приобретения углеродных чистых нанотрубок либо с металлическими либо с полупроводниковыми свойствами, однако стоимость таких препаратов составляет миллиарды за килограмм, поэтому существующие методы разделения до сих пор не коммерциализованы.

Шеффер сообщает, что исследователи из его группы разработали метод, который позволит осуществлять относительно недорогое разделение нанотрубок в промышленном масштабе.

Первые шаги в направлении разработки этого метода были сделаны также работающим в Имперском Колледже Лондона коллегой Шеффера, Нилом Скиппером (Neal Skipper), который обнаружил, что заряженные фуллерены С₆₀, соединения, близкие по строению к углеродным растворяются в аммиаке [1].

Это открытие привело к сотрудничеству между двумя исследовательскими группами, это сотрудничество вылилось в разработку простого и эффективного метода разделения металлических и полупроводниковых одностенных углеродных нанотрубок. Метод очистки и разделения начинается с растворения нанотрубок в системе аммиак/натрий [2]. Растворенный в аммиаке натрий теряет электроны, которые сольватируются аммиаком. Сольватированные электроны способствуют распутыванию клубков нанотрубок, и образованию «нанотрубочных» карбидов (nanotubide) натрия.

Следующая стадия разделения заключается в удалении аммония и получении сухого порошка «нанотрубочных» карбидов натрия, после чего этот порошок обрабатывали диметилформамидом. Шеффер показал, что в зависимости от количества натрия, которым обрабатывалась смесь нанотрубок, можно добиться того, что в ДМФА растворятся только натриевые производные металлических нанотрубок. Это наблюдение позволило исследователям предположить, что разделение может быть основано на различных электронных свойствах нанотрубок, при этом необходимость в ультразвуковой обработке или ультрацентрифугировании, применяющихся в настоящее время для разделения нанотрубок.

Карл Колмэн (Karl Coleman), специалист по наносистемам из Университета Дарема, отмечает, что работа Шеффера представляет собой весьма интересный и перспективный подход по разделению металлических и полупроводниковых углеродных нанотрубок для их практического применения в электронике и создании сенсоров. Он подчеркивает, что преимуществом новой системы является потенциальная возможность ее масштабирования. По его словам, в сообщении Шеффнера пока говорится лишь о разделении миллиграммовых количеств нанотрубок, для возможности практического применения новой методологии желательно проверить ее в разделении килограммовых количеств нанотрубок.

[1] J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 13228; [2] ACS Nano, 2012; DOI: 10.1021/nn2041494

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности, #электрохимия