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【第一期】 纳米反应器

【引言】

Chemical reviews有一篇综述,叫“Broad Family of Carbon Nanoallotropes: Classification, Chemistry, and Applications of Fullerenes, Carbon Dots, Nanotubes, Graphene, Nanodiamonds, and Combined Superstructures”,译为“碳的纳米同素异形体庞大家族:富勒烯、碳点、纳米管、石墨烯、金刚石和组合超级结构分类、化学及应用”。接稿日期是2014年6月6日,发布日期是2015年6月10日,发布至今有1年多时间。皇皇巨著,正文62页,参考文献896篇,文献大小122.69M。七个隆冬小强强觉得这篇综述是很好的碳材料入门文献,特做成系列,分享给大家。

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【第一期】 纳米反应器。

之所以选择这个,是因为小编前段时间看了一篇science的report,说的是首个纳米粒子图书馆,里程碑式的成果,里面就涉及到纳米反应器。

 

碳纳米管和单壁纳米角可提供理想场所来研究有机分子或纳米结构的物化性质,也是理想的纳米反应器,用来细致研究有机或无机反应。

 

现将CNTs和SWNHs内部空间的特性列举如下:

1,客体进出受限,只能通过两端和碳纳米管的缺陷来进出;

2,分子或纳米粒子只能单向移动,且旋转受到限制;

3,客体分子只能与外界的能量反应,如微波、光、热等;

4,碳纳米管内部空间的大小与几何形状非常对纳米工程来说非常理想,可用作新型一维纳米结构的组装等。

 

诸多优良特性,当然引起科学家的极大兴趣,但是相关文献却不多见,原因倒也简单,操纵这些纳米结构的内部空间难度太大。虽然很困难,但是也要克服,目前科学家已经成功将C60、金属富勒烯、小蛋白和一些简单的有机分子插入单壁纳米管。

 

有机客体分子插入SWNTs主要分为3步:

1,SWNTs高温真空条件下除气纯化;

2,SWNTs与有机材料混合;

3,加热混合物使超过有机客体的升华温度。

 

C60插入SWNHs分为2步:

1,SWNHs氧化,以在表面产生孔洞;

2,蒸发溶液混合物(氧化的SWNHs+C60溶于甲苯的溶液)

值得一提的是,插入SWNHs的C60释放非常容易,只需要将其再溶于甲苯即可。

 

下面提供三个案例。

1,DEX@oxSWNHsMuralkami等将DEX(地塞米松,抗炎药)插入oxSWNHs中,结果发现,在0.5mg/mL的乙醇与水的混合溶剂中(1:1),20%的DEX被吸收到oxSWNHs中。将其置于磷酸盐缓冲溶液中放置2星期,只有50%被释放。体外研究表明,被包裹的DEX保持了其生物活性,但有效性不如未包裹的DEX。奇怪的是,没有发现oxSWNHs对药效有任何不利影响。

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2,CDPP@oxSWNH。Ajima等利用纳米沉淀法将顺氯氨铂插入到oxSWNH中,并储存在磷酸盐缓冲溶液中,约60%顺氯氨铂释放时,用时72h;而将单独的顺氯氨铂置于磷酸盐缓冲溶液中,当溶液中顺氯氨铂与前者相同时,用时24h。HRTEM实验中的低剂量能量色散X射线分析表明:20%的顺氯氨铂保留在oxSWNH内部。用WST-1检测试剂检测被包裹顺氯氨铂的细胞毒性,发现其和自由的顺氯氨铂相同,oxSWNH对检测结果无明显影响。

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3,甲烷@压缩的SWNHs小球Bekyarova等进行实验,探究了SWNHs的气体吸收特性。作者基于纳米角(开口端直径2-3nm)制备了规整的大丽花形状的SWNH聚集体(直径约80nm),然后真空条件下用50MPa机械压缩成SWNH小球。在77K下N2等温线实验中,压缩的SWNHs表面积为1030m2/g,孔体积为0.50cm3/g。压缩的SWNHs小球表现出对甲烷的良好吸附性能,30℃、3.5MPa条件下吸收160cm3/cm3(即每立方厘米吸附剂吸附甲烷160立方厘米)。作为对照,活性炭(表面积2400m2/g,孔体积1.15cm3/g)同等条件下只吸附96cm3/cm3

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富勒烯其实也可以作为反应器,但是往它里边放东西,就只能在球状结构形成的时候放进去,难度更大。已经有一些比较出色的工作,以后有机会再说。

 

参考文献:

[1] Georgakilas V, Perman J A, Tucek J, et al. Broad family of carbon nanoallotropes: classification, chemistry, and applications of fullerenes, carbon dots, nanotubes, graphene, nanodiamonds, and combined superstructures[J]. Chemical reviews, 2015, 115(11): 4744-4822.

[2] Muralkami, T.; Ajima, K.; Miyawaki, J.; Yudasaka, M.; Iijima, S.; Shiba, K. Mol. Pharmaceutics 2004, 1, 399.

[3] Ajima, K.; Yudasaka, M.; Murakami, T.; Maigne, A.; Shiba, K.; Ijima, S. Mol. Pharmaceutics 2005, 2, 475.

[4] Bekyarova, E.; Murata, K.; Yudasaka, M.; Kasuya, D.; Iijima, S.; Tanaka, H.; Kahoh, H.; Kaneko, K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4681.

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Tang guoqiang

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