Modificación de nanotubos de carbono mediante tratamientos químicos

Abstract

RESUMEN: Los nanotubos de carbono se consideran como uno de los posibles materiales que pueden conseguir importantes logros en el campo de la nanobiotecnología. Sin embargo, en el caso de los nanotubos de carbono multipared, sus superficies son hidrofóbicas e inertes, lo que provoca que sea complicado emplearlos. A través de tratamientos ácidos que originan su oxidación, es posible funcionalizarles y mejorar su comportamiento hidrofílico, haciéndoles más solubles y reduciendo su toxicidad. Esto se ha llevado a cabo mediante un tratamiento ácido con una mezcla de H2SO4/HNO3 para diferentes tiempos. Con estos tratamientos, es importante establecer una relación entre los parámetros de la oxidación (concentración de los ácidos, tiempo de tratamiento y la temperatura) y el deterioro que el nanotubo es capaz de aguantar sin mermar sus propiedades mecánicas y electrónicas. Los grupos funcionales introducidos mediante esta oxidación han reducido las interacciones de Van der Waals entre las paredes, mejorando la solubilidad. Además, se ha reducido la cantidad de impurezas, disminuyendo la toxicidad. Las propiedades estructurales y de textura de los nanotubos tratados han sido analizados mediante distintas técnicas. Los principales cambios observados mediante espectros IR y análisis térmicos han sido un incremento en los grupos carboxilos, y en la temperatura de oxidación al aumentar el tiempo de tratamiento. Mediante espectroscopía Raman se ha estimado el desorden presente, el cual decrece para tiempos de oxidación cortos, para posteriormente aumentar a mayor tiempo. Respecto a las propiedades de texturales obtenidas mediante isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno, nos han permitido determinar la superficie específica, la cual aumenta con el tiempo de oxidación, y la distribución de tamaño de poro.

ABSTRACT: Carbon nanotubes (CNTs) are an important group of nanomaterials that have been proposed for the potential advancement of nano-bio-technology. However, the surfaces of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) are hydrophobic and inert, which make them extremely difficult to work with in many applications. Surface functionalization by oxidizing the nanotubes using acid treatments is an attractive method for improving the hydrophilic behavior. These treatments make MWCNTs more soluble and reduce their toxicity. In this work, we have attempted to improve the MWCNT’s properties via oxidation treatments with a mild mixture of H2SO4/HNO3 for different times. When applying these treatments, it is important to establish a relationship between the functionalization parameters (acid concentration, treatment time and temperature) and the damage the nanotube can support without deteriorating its mechanical and electronic properties. The functional groups introduced by this treatment leads to a reduction of the Van derWaals interactions which improves MWCNTs’ solubility, whereas a lower amount of impurities may be achieved resulting into a lower toxicity. The structural and textural characteristics of the modified materials have been studied using different techniques. The main structural changes observed from IR spectra and thermal analyses are an increase of the carboxyl groups and an increase of the oxidation temperature as the treatment time increases. Raman spectroscopy has allowed us to estimate the disorder of the nanotubes. We have concluded that for short times the disorder decreases, whereas for long oxidation time it increases. Regarding the textural properties, the N2 adsorption-desorption isotherms of the modified nanotubes have allowed us to determine the specific surface area, which increases with the oxidation time, and the pore size distribution.