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Electrochemical processing of discrete single-walled carbon nanotube anions.

Published date 2013 Jan 30

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Electrochemical processing of discrete single-walled carbon nanotube anions.

別々の単壁カーボンナノチューブ・アニオンの電気化学的処理。

Published date

2013-01-30

Author

Stephen A Hodge, Siân Fogden, Christopher A Howard, Neal T Skipper, Milo S P Shaffer

Affiliation

Department of Chemistry, Imperial College London, London SW7 2AZ, UK.

Abstract

The dissolution of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) remains a fundamental challenge, reliant on aggressive chemistry or ultrasonication and lengthy ultracentrifugation. In contrast, simple nonaqueous electrochemical reduction leads to spontaneous dissolution of individualized SWCNTs from raw, unprocessed powders. The intrinsic electrochemical stability and conductivity of these nanomaterials allow their electrochemical dissolution from a pure SWCNT cathode to form solutions of individually separate and distinct (i.e., discrete) nanotube anions with varying charge density. The integrity of the SWCNT sp² framework during the charge/discharge process is demonstrated by optical spectroscopy data. Other than a reversible change in redox/solvation state, there is no obvious chemical functionalization of the structure, suggesting an analogy to conventional atomic electrochemical dissolution. The heterogeneity of as-synthesized SWCNT samples leads to the sequential dissolution of distinct fractions over time, with fine control over the electrochemical potential. Initial preferential dissolution of defective nanotubes and carbonaceous debris provides a simple, nondestructive means to purify raw materials without recourse to the usual, damaging, competitive oxidation reactions. Neutral SWCNTs can be recovered either by electroplating at an anode or by reaction with a suitable electrophile.

 

単壁カーボンナノチューブ(SWCNTs)の溶解は基本的なチャレンジのままである。
そして、積極的な化学または超音波処理と冗長な超遠心分離法に依存している。
対照的に、単純な非水系電気化学的減少は、生、未処理の粉から、個別的SWCNTsの自然溶解につながる。
これらのナノ材料の内因的な電気化学的安定性と伝導率は、純粋なSWCNTカソードからのそれらの電気化学的溶解を様々な電荷密度で個々に別々のおよび異なった(すなわち、別々の)ナノチューブ・アニオンの溶液を形成させる。
充電/退院プロセスの間のSWCNT sp²フレームワークの健全性は、光学分光学データによって示される。
レドックス/溶媒和状態の可逆変化以外の、構造の明らかな化学機能化がない。
そして、従来の原子電気化学的溶解との類似を示唆する。
異質性as-synthesizedした、電気化学ポテンシャルの微細な制御で、SWCNTは時間とともに異なった断片の経時的な溶解に、導出を標本抽出する。
不完全なナノチューブと炭素質の細片の最初の優先溶解は、通常の、損傷、競争的酸化反応によらず原料を精製する単純な、非破壊の手段を提供する。
中性のSWCNTsは、陽極の電気メッキによって、または、適切な親電子物質との反応によって回復されることができる。


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