Elektrochemische Modifizierung einzelner Kohlenstoff-Nanoröhren Diese Arbeit wurde von der Europäischen Union (Projektnummer HPRN-CT-1999-00011) unterstützt. Die Autoren danken B. Siegle, Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart, für die Unterstützung bei der Aufnahme der Auger-Spektren (original) (raw)

Mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen verstärkte Epoxidharze

Lightweight Design, 2018

Kohlenstoff-Nanoröhrchen können mechanische Eigenschaften von CFK-Materialien verbessern und so etwa Lastwechselzahlen von Bauteilen erhöhen. Eine neue, mit elastomeren Seitenketten ausgestattete Art von Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhöht zudem die maximale Biegedehnung und den kritischen Spannungsintensitätsfaktor signifikant, wie Future Carbon zeigt. Die erforderlichen Verfahrensschritte sind bereits im industriellen Maßstab anwendbar. Außergewöhnliche Eigenschaften Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nano Tubes, CNT) besitzen außergewöhnliche mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften. So liegt etwa der Elastizitätsmodul, kurz E-Modul, für Zug, Biegung, Druck und Vibration ungefähr im Bereich von 1 TPa [1-3], die Reißfestigkeit bei 10 GPa [1], die thermische Leitfähigkeit bei 3000 bis 6000 W/mK [3, 4] und die elektrische Leitfähigkeit bei 10 6 S/m [5]. Hinsichtlich ihrer chemischen Struktur können CNTs als zu Zylinder gerollte Graphenlagen bezeichnet werden. Das zweidimensionale Graphen besteht aus einer Atomlage von Kohlenstoffatomen, die sp2-hybridisiert sind und eine dicht gepackte, honigwabenartige, sechseckige Struktur aufweisen [22]. Die Struktur von Graphen ist schematisch in Bild 1 (links) dargestellt. Ein Nanoröhrchen kann aus nur einer oder aus mehreren, übereinander liegenden, aufgerollten Graphenschichten bestehen © daniel700 | adobestock

Strategien zur Synthese kurzer Abschnitte von Kohlenstoff-Nanoröhren

Angewandte Chemie, 2009

zum 65. Geburtstag gewidmet aromatische Kohlenwasserstoffe · Cyclophane · Makrocyclen · gespannte Moleküle · Synthesemethoden "Verbogene und verbeulte Benzolringe" haben Organiker seit der Mitte des letzten Jahrhunderts fasziniert. Am häufigsten wird die Krümmung durch eine Verbrückung der para-(oder meta-)Positionen des Benzols mit kurzen Atomketten unter Bildung von Cyclophanen erzwungen. Das Ausmaß der Krümmung steht dabei in umgekehrtem Verhältnis zur Kettenlänge, und diese gespannten Makrocyclen enthalten manchmal mehr als einen verbrückten Benzolring. Ebenso wurden Cyclophane hergestellt, die gebogene Naphthalin-Einheiten oder sogar noch größere Polyarene enthalten. In den vergangenen Monaten waren nun zwei eindrucksvolle Fortschritte auf diesem Gebiet zu verzeichnen. Es gelang die Herstellung mehrerer Cyclophane (Abbildung 1), die klare strukturelle Gemeinsamkeiten mit Kohlenstoff-Nanoröhren aufweisen und die Möglichkeit einer rationalen chemischen Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhren in Aussicht stellen.

Strategien zur Synthese kurzer Abschnitte von Kohlenstoff-Nanor�hren

Angewandte Chemie, 2009

Reduktive Retro-Funktionalisierung einwandiger Kohlenstoffnanoröhren

Angewandte Chemie, 2010

Die chemische Funktionalisierung von Fullerenen, Kohlenstoffnanoröhren [2] und Graphen ist eine Voraussetzung für die Implementierung dieser synthetischen Kohlenstoffallotrope in modernen Hochleistungsanwendungen. Unter diesem Blickwinkel wurden Additionsreaktionen am konjugierten p-System von Fullerenen und einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) bereits ausführlich untersucht. 2] Neben der Ermittlung der intrinsischen Eigenschaften dieser Kohlenstoffallotrope eröffnet die Oberflächenfunktionalisierung weitere Perspektiven wie 1) gesteigerte Löslichkeit, Verarbeitbarkeit und Funktionalität sowie 2) die Verknüpfung ihres Eigenschaftsprofils mit dem anderer Verbindungsklassen. Additionsreaktionen an das sp 2 -Kohlenstoff-Netzwerk führen immer zu sp 3 -hybridisierten Gerüstatomen und modulieren somit die Eigenschaften, in erster Linie die elektronische Struktur. Dies mag als Rückschritt angesehen werden, da gerade die elektronischen Eigenschaften der sp 2 -Allotrope in vielerlei Hinsicht einen Superlativ bilden. [4] Nachdem die eingeführten Addenden ihre Funktionen in einer vorgegebenen Prozesskette erfüllt haben, können sie jedoch wieder entfernt werden, um so die ursprüngliche Struktur und die Eigenschaften der SWCNTs wiederherzustellen. Allerdings erfordert das Abspalten kovalent gebundener funktioneller Gruppen oftmals sehr hohe Temperaturen, was mit einer Vielzahl von Anwendungen nicht kompatibel ist. Dennoch sind aus der Fullerenchemie bereits milde Retro-Funktionalisierungsmethoden bekannt. Exemplarisch wären hier Retro-Diels-Alder-Reaktionen sowie durch Zwei-Elektronen-Reduktion des Kohlenstoffgerüsts eingeleitete Retro-Cyclopropanierungen [7] (Retro-Bingel-Reaktion, Schema 1) anzuführen. Im Fall der Retro-Prato-Reaktion erfolgt die Abspaltung des Pyrrolidinrings vom sp 2 -Kohlenstoffgerüst entweder unter Lewis-Säure-Katalyse oder unter Mikrowellenbestrahlung. [8] Vor kurzem haben wir ein vielseitig einsetzbares Verfahren zur Seitenwandfunktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren entwickelt. Hierbei werden durch nucleophile Addition von Metallalkylverbindungen oder Metallamiden gebildete, negativ geladene R n SWCNT nÀ -Spezies mit Sauerstoff zu den neutralen Derivaten R n SWCNT oxidiert (Schema 2). [9] Wie bei der Alkylierung von SWCNTs nach Billups, die auf der Birch-Reduktion von Kohlenstoffnanoröhren mit Na in flüssigem NH 3 und der Abfangreaktion mit Alkyliodiden beruht, hat auch die von uns beschriebene Reaktionssequenz den Vorteil der effektiven SWCNT-Entbündelung. Wegen der elektrostatischen Abstoßung der anionischen Intermediate ist eine gleichmäßige und einheitliche Funktionalisierung der vereinzelten Röhren möglich. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass beide Derivatisierungsverfahren eine Selektivität bezüglich der Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren mit kleinem Durchmesser aufweisen. [9b, 11] Im Folgenden berichten wir über eine wegweisende Entdeckung, die die Übertragbarkeit der Chemie der Fullerene auf die Chemie der Kohlenstoffnanoröhren verdeutlicht: Wir betrachten die Reversibilität von Additionsreaktionen an der SWCNT-Seitenwand. Diese Reaktion stellt das Pendant zu der in Schema 1 gezeigten Retro-Funktionalisierung von C 60 dar. Unsere Annahme für eine analoge Defunktionali-Schema 1. Retro-Cyclopropanierung von Fullerenmalonaten. [7b] Schema 2. Nucleophile Addition an SWCNTs: a) Addition von R À an die Seitenwand von SWCNTs, b) Oxidation der geladenen Intermediate mit Sauerstoff.

Direkte Kontaktierung des Enzyms (PQQ)-GDH und Elektroden mit Hilfe von polymermodifizierten Nanoröhren für die Anwendung in Biobrennstoffzellen

Wissenschaftliche Beiträge / Technische Hochschule Wildau

Bioinformatik energie-und umweltmanagement informations-und kom.-technologien material-und Produktionstechnologie lehr-und lernmanagement logistik management und innovation oPtische technologien 17 THWildau Wissenschaftliche Beiträge 2013 Zusammenfassung In dieser Studie präsentieren wir eine Enzymelektrode, bei der ein direkter Elektronentransfer (DET) zwischen der Pyrrolochinolinchinon-abhängigen Glukosedehydrogenase (PQQ)-GDH und einer Elektrode realisiert werden konnte. Hierfür wird eine Goldelektrode mit mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren [engl. multi-walled carbon nanotubes (MWCNT)] modifiziert, anschließend mit einem Copolymer aus Anilinderivaten überzogen und dann die (PQQ)-GDH (Acinetobacter calcoaceticus) kovalent immobilisiert. Die gepulste Polymersynthese wird hinsichtlich der Effektivität der bioelektrokatalytischen Umsetzung von Glukose optimiert. Die Glukoseoxidation startet bei einem Potential von-0,1 V vs. Ag/AgCl (1 M KCl) und Stromdichten von bis zu 500 µA/cm² (+0,1 V) können erreicht werden. Der Messbereich für Glukose liegt bei 0,1-5 mM (+0,1 V vs. Ag/AgCl). Der dynamische Bereich ist bei höherem Potential auf bis zu 100 mM (+0,4 V vs Ag/AgCl) erweitert. Die Elektrode wird als Anode in einer Biobrennstoffzelle (BBZ) mit einer Bilirubinoxidase-modifizierten MWCNT/Gold-Kathode eingesetzt. Beide Elektroden basieren auf einem DET. Das Zellpotential der BBZ beträgt 680 ±20 mV und sie erreicht eine maximale Leistungsdichte von 65 µW/cm² (bei einer Zellspannung von 350 mV).

Eigenschaften und Anwendungen von Netzwerken aus Kohlenstoff-Nanoröhren

2006

Die vorliegende Arbeit uber dunne CNT-Netzwerke befasst sich sowohl mit den grundlegenden elektronischen und optischen Eigenschaften , als auch mit neuen Moglichkeiten der Anwendungen. Grundsatzlich lassen sich die optischen Eigenschaften von CNT-Netzwerken als geeignete Mittelung uber alle spektroskopisch erfassten Molekule verstehen. Die Charakterisierung mittels der Absorptionsspektroskopie an freistehenden CNT-Netzwerken erlaubt einen maximalern Wellenlangenbereich (UV/VIS/NIR/-MIR) ohne limitierende Substrate. Aussagen uber den Dotierungsgrad (FIR-Bereich) und zur chemischen Funktionalisierung (IR) sind genauso moglich, wie die Beobachtung optischer Ubergange zwischen den van-Hove-Singularitaten (VIS/NIR) und des Absorptionsmaximums der Plasmonen (UV). Die Ramanstreuung hingegen wurde als bereits bewahrtes Werkzeug zur Bestimmung des mittleren Durchmessers der CNTs und zum Nachweis vorhandener Defekte eingesetzt. Dabei zeigte sich, dass eine maximale Leitfahigkeit des CNT-Netzw...

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