Modified SWCNTs with Amphoteric Redox and Solubilizing Properties

Authors

  • Dr. Laura Rodríguez-Pérez,

    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain), Fax: (+34) 91-394-4103
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  • Dr. Raúl García,

    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain), Fax: (+34) 91-394-4103
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  • Dr. María Ángeles Herranz,

    Corresponding author
    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain), Fax: (+34) 91-394-4103
    • Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain), Fax: (+34) 91-394-4103===

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  • Prof. Dr. Nazario Martín

    Corresponding author
    1. Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain), Fax: (+34) 91-394-4103
    2. IMDEA-Nanoscience, C/Faraday, 9. Ciudad Universitaria de Cantoblanco, 28049 Madrid (Spain)
    • Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain), Fax: (+34) 91-394-4103===

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  • SWCNTs=single-wall carbon nanotubes

Abstract

A complementary double-covalent functionalization of single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) that involves both solubilizing ionic liquids and electroactive moieties is reported. Our strategy is a simple and efficient methodology based on the stepwise functionalization of the nanotube surface with two different organic moieties. In a first instance, oxidized SWCNTs are amidated with ionic liquid precursors, and further treated with n-butyl bromide to afford SWCNTs functionalized with 1-butylimidazolium bromide. This approach allows tuneable polarity induced by anion exchange, which has an effect on the relative solubility of the modified SWCNTs in water. Subsequently, a 1,3-dipolar cycloaddition reaction was performed to introduce the electron-acceptor 11,11,12,12-tetracyano-9,10-anthra-para-quinodimethane (TCAQ) unit on the SWCNTs. Furthermore, to evaluate the influence of the functional group position, the TCAQ electroactive molecule was anchored through an esterification reaction onto previously oxidized SWCNTs, followed by the Tour reaction to introduce the ionic liquid functions. IR and Raman spectroscopies, thermogravimetric analysis (TGA), UV/Vis/NIR spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were employed and clearly confirmed the double-covalent functionalization of the SWCNTs.

Abstract

Se describe la doble funcionalización de SWCNTs con unidades complementarias: líquidos iónicos, que solubilizan, y fragmentos electroactivos. Nuestra estrategia consiste en una metodología simple y eficiente, basada en la funcionalización por pasos de la superficie de los nanotubos, con dos unidades orgánicas diferentes. En primer lugar, se ha llevado a cabo una reacción de amidación con SWCNTs oxidados y precursores de líquidos iónicos que, tras tratamiento con bromuro de n-butilo, permite obtener las correspondientes sales de bromuro de 1-butilimidazolinio y SWCNTs. De este modo, se puede modular la polaridad de los SWCNTs mediante intercambio iónico y, por tanto, su solubilidad en agua. A continuación, se lleva a cabo una reacción de cicloadición 1,3-dipolar para introducir la unidad electroactiva de 11,11,12,12-tetraciano-9,10-antra-para-quinodimetano (TCAQ) en los SWCNTs. Para evaluar la influencia que las diferentes posiciones de los grupos funcionales pudieran tener, en un procedimiento alternativo, las unidades de TCAQ han sido conectadas a la superficie de SWCNTs mediante reacción de esterificación con SWCNTs previamente oxidados, mientras que las funcionalidades de tipo líquido iónico han sido introducidas mediante reacción de Tour. La doble funcionalización covalente de los SWCNTs ha sido establecida mediante espectroscopias infrarroja y Raman, análisis termogravimétrico (ATG), espectroscopia UV-vis-NIR, microscopia de transmisión electrónica (TEM), y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS).

Ancillary