Funding from the European Research Council (ERC Grant 239831) and a Humboldt Fellowship (BS) is gratefully acknowledged.

The authors have nothing to disclose.

İstenen hexayne amfifil (3) düpedüz sıralı brominasyon 52,53 hazırlanır ve tritylphenyl ester (2) (Şekil 1a) 29 bir son koruma giderme reaksiyonu ile, alkin segmentin uzama 30,31 Pd-katalizli izledi. Başarılı sentezi 31,54 13C NMR tayfı (Şekil 1B) hem de UV-Vis emilme tayfı (Şekil 1c) teyit edilir. Bu, daha yüksek oligoyne homologlarını geliştirilen sentetik yöntem 30,31 hazırlanabilir hangi kolay doğasını gösterir. Bununla birlikte, göz oligoyne türevlerinin hassasiyetini tutmak önemlidir ve seyreltik çözeltiler içinde depolama uzun süreli bütünlüğünü sağlamak için tavsiye edilir. Ayrıca, saf bileşikleri, vaktinden önce ayrışmasını önlemek için oda sıcaklığında ya da altında, karanlıkta ele alınmalıdır. Bu kritik öneme sahiptirBu bileşik, hali hazırda, katı halde 41 dimerleşir gibi hexayne ester (2) sentezi in situ hazırlanır, ara bromotriyne. Hexayne amfifil (3), tersine çevrilebilir bir plato 55 ile ayrılan iki farklı yoğunlaştırılmış fazlar bir gaz benzer bir faz ardışık geçişler geçiren, (Şekil 2A, B) hava-su ara yüzeyinde filmler oluşturur. Bir sabit yüzey basıncında zamanla yüzey alanının gelişimini izleme filmleri plato altındaki basınçlar (Şekil 2c, d) kararlı olduklarını kanıtladı. Tek tabakalı karbonizasyon nedenle 8 mN / m bir yüzey basıncında araştırılmıştır. Yüzey basınç alanı izoterm ölçümlere elde etmek için, temiz bir Langmuir çukur kurulum büyük önem taşımaktadır. Asimetrik ve simetrik metilen germe 2,919 de titreşim ve 2849 cm IRRA spektrumları ekran bantları -1 </sup&gt; bir yoğunlaştırıldı ve all-trans durum sipariş alkil grupları (Şekil 3a, b) 45,51 için karakteristik. 2.200 ve 2.171 cm-1 &#39;lik bantlardır, hexayne kısmı (Şekil 3c) C≡C germe titreşim atanabilir. Kendi kendini monte tek tabaka UV ışığına maruz bırakıldığında, bu bantlar tam neredeyse tam bir dönüşümü (Şekil 4a-c) gösteren kaybolur. Gerilme titreşimlerinin metilen dodesil zincirleri, bir sıvı-genleşen, sıralanmamış (gauche) durumuna 45,51 için uygun bir değişiklik geçiren belirten 2,924 ve 2,855 cm-1 (Şekil 4b), frekanslara kayar. Yüzey basıncı önemli bir artış karbonizasyon (Şekil 4D) üzerine tabakanın yanal genişleme gösteren sabit bir yüzey alanında karbonizasyon boyunca oluşur. öncesi ve kömürleşme sonra tek tabakaları tr daha sonrasafir yüzeye ansferred. Çözelti içinde hexayne (3) ve ışınlanmamış tek tabaka, kömürleşmiş filmin UV / Vis spektrumu farklı detaylı karbonizasyon kesin kanıt sağlayan, en fazla 550 nm &#39;lik dalga boyunda geniş, hiçbir özelliği emme saptanmıştır (Şekil 4e) . Yaklaşık 2.2 eV optik band aralığı böylece azaltılmış grafen oksit malzemelerin 56,57 çalışmaları göre, grafit karbon azından nanometre büyüklüğünde etki varlığını göstermektedir. Amfifil (3), siyah bölgelerle belirtildiği üzere karbonizasyon bozukluklarına ya da boşlukları ile bir film göstermeden önce (Şekil 5a) bir tek tabaka Brewster açısı mikrograflan. Buna karşılık, karbonizasyon sonra tek tabaka resim da Langmuir çukur (Şekil 5C) bariyerlerin genişlemesinden sonra, (Şekil 5b) oluklu bir doku ile daha homojen bir film gösterir.Kömürleşmiş filmler bir iğne ile manipülasyon yoluyla rüptüre olabilir ve rüptüre adalar hava-su arayüzü (Şekil 5d) kayan kalır. Bu kömürleşme sonra filmlerin önemli ölçüde artmış mekanik stabilite doğrular. Ayrıca, SEM mikro uzatılmış yanal boyutta (Şekil 6a-d) ince bir C-nanosheet oluşumunu teyit etmektedir. Sonuç olarak, burada hava-su arayüzünde kendini montaj ve amfifilik hexaynes sonraki kömürleşme dayalı karbon nanosheets hazırlamak için yeni bir yöntem sundu. Bu süreç karbon yapısında azalma grafen oksit benzerlikler taşıyan mekanik stabil etkinleştirilmiş karbon filmler verir. C nanosheets yan boyutları yalnızca Langmuir çukur ve santimetre kare büyüklüğünde nanosheet örnekleri düpedüz hazırlanır alanı ile sınırlıdır. Özellikle, sunulan yaklaşım ac eldegenellikle 800 ° C 18,58,59 yukarıdaki proses sıcaklıklarında güveniyor karbon nanomateryallerin doğru diğer yaklaşımlar önemli ölçüde ayıran oda sıcaklığında omplete kömürleşme. Bu duruma göre, bir kimyasal fonksiyonel grup korunur ve karbon nanosheets yüzey kimyası bir kontrol amfifilik haberci moleküllerin dikkatli bir seçimi ile elde edilebilir. Biz koruyucu kaplamalar, yeni elektrot malzemeleri ve membranlara elektron-mikroskopi için Kemoselektif substratların hazırlanması potansiyel uygulamaların bir bolluk öngörüyoruz.

İki boyutlu karbon nano yapılar nedeniyle rapor üstün termal, elektrik, hem de mekanik özellikleri 1-5 önemli dikkat çekmek. Bu malzemeler Polimer kompozit 6, enerji depolama aygıtları 7 ve moleküler elektronik 8-10 alanlarında teknik ilerlemesinin bekleniyor. Son yıllarda yoğun araştırma çabalarına rağmen, iyi tanımlanmış karbon nano malzemelerin büyük miktarlarda erişim hala teknolojik uygulamalar 11,12 onların büyük ölçekli uygulama engellemektedir hangi sınırlıdır. Karbon nanomalzemeleri ya yukarıdan aşağı ya da aşağıdan yukarıya yaklaşımlarla erişilebilir. Bu tür yüzeylerde 14-16 pul pul dökülme teknikleri 13 veya yüksek enerjili süreçleri gibi tipik yaklaşımlar yapısal mükemmellik ve çok iyi bir performans yüksek derecede malzeme elde etmek imkanı sunuyoruz. Bununla birlikte, yalıtım ve inci saflaştırılmasıe ürünler zorlu kalır ve tanımlı Nanoyapılı malzemelerin büyük ölçekli üretim zor 12&#39;dir. Öte yandan, aşağıdan yukarıya yaklaşımlar, molekül öncüleri kullanımına dayalı bu tanımlı yapılara düzenleme ve karbon nano 17-23 veren bir sonraki karbonizasyon kullanılabilir. Bu durumda, ön-kendilerini daha karmaşıktır ve bunların hazırlanması, genellikle birden fazla sentetik adım gerektirir. Bu yaklaşımlar ortaya çıkan malzemelerin kimyasal ve fiziksel özellikleri üzerinde kontrol yüksek derecede sunabilir ve özel malzemelere doğrudan erişim vermek olabilir. Bununla birlikte, C-nano içine öncüler dönüştürülmesi, genellikle gömülü kimyasal işlevsellik 24-27 bir kaybına yol açar, 800 ° C&#39;nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Yukarıda belirtilen sınırlamalar bu ca yüksek reaktif oligoynes kullanılarak grubumuza ele alınmıştırN, oda sıcaklığında 28,29 karbon nano haline dönüştürülebilir. Özel olarak, bir hidrofilik baş grubu ve bir hexayne segmenti içeren amfifiller brominasyon ve paladyum dolayımlı Negishi çapraz birleştirme reaksiyonları 30,31 bir dizi erişilebilir. Hedef yapı halinde, bu haberci moleküllerin dönüşüm ya da UV ışığı ile ışınlama sırasında oda sıcaklığının altında meydana gelir. oligoyne amfifillerin yüksek reaktivitesi, muhtemel hava-su ara ya da sıvı-sıvı arayüzlerine yumuşak şablonlar, kullanır. Önceki araştırmalarda, başarıyla hexayne glikozit amfifillerin 28 çözümlerinden veziküller hazırlanmıştır. Bu veziküller çapraz bağlanması numunelerin UV ışınımı ile yumuşak koşullar altında elde edilmiştir. Ayrıca, kısa bir süre önce bir metil karboksilat baş grubu ve bir Langmuir teknedeki hava-su ara yüzeyinde bir hidrofobik alkil kuyruk hexaynes kendi kendine monte mono tabakaları elde. yoğun paketed molekül ön sonra düpedüz UV ışıması ile, oda sıcaklığında kendinden destekli C nanosheets dönüştürüldü. İlgili yaklaşımlarda tarif molekül ön en son hava-su arayüzünde 32-38 iki boyutlu genişletilmiş nanosheets hazırlanması için kullanılmıştır. Bu çalışmanın amacı, hexayne amfifillerin karbon nanosheets hazırlanmasına olanak genel sentez ve üretim aşamalarının bir özlü, pratik bir bakış vermektir. Odak deneysel yaklaşım ve hazırlayıcı sorular yer almaktadır.

<table><tbody><tr><td>Methyllithium lithium bromide complex (2.2&amp;nbsp;M solution in diethylether)</td><td>Acros</td><td>18129-1000</td><td>air-sensitive, flammable</td></tr><tr><td>Zinc chloride (0.7&amp;nbsp;M solution in THF)</td><td>Acros</td><td>38945-1000</td><td>air-sensitive, flammable</td></tr><tr><td>1,1&#039;-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]&lt;br/&gt; dichloropalladium(II), DCM adduct&amp;nbsp;</td><td>Boron Molecular</td><td>BM187</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N&lt;/em&gt;-Bromosuccinimide</td><td>Acros</td><td>10745</td><td>light-sensitive</td></tr><tr><td>Silver fluoride</td><td>Fluorochem</td><td>002862-10g</td><td>light-sensitive</td></tr><tr><td>n-Butyllithium (2.5&amp;nbsp;M solution in hexanes)</td><td>Acros</td><td>21335-1000</td><td>air-sensitive, flammable</td></tr><tr><td>Sodium methanolate</td><td>Acros</td><td>17312-0050</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (unstabilized, for HPLC)</td><td>Fisher Chemicals</td><td>T/0706/PB17</td><td>This solvent was dried as well as degassed using a solvent purification system (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA)</td></tr><tr><td>Toluene (for HPLC)</td><td>Fisher Chemicals</td><td>T/2306/17</td><td>This solvent was dried as well as degassed using a solvent purification system (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA)</td></tr><tr><td>Acetonitrile (for HPLC)</td><td>Fisher Chemicals</td><td>A/0627/17</td><td>This solvent was dried as well as degassed using a solvent purification system (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA)</td></tr><tr><td>Dichloromethane (Extra Dry over Molecular Sieve)</td><td>Acros</td><td>34846-0010</td><td></td></tr><tr><td>Chloroforme (p.a.)</td><td>VWR International</td><td>1.02445.1000</td><td></td></tr><tr><td>Pentane</td><td>Reactolab</td><td>99050</td><td>Purchased as reagent grade and distilled once prior to use</td></tr><tr><td>Heptane</td><td>Reactolab</td><td>99733</td><td>Purchased as reagent grade and distilled once prior to use</td></tr><tr><td>Dichloromethane</td><td>Reactolab</td><td>99375</td><td>Purchased as reagent grade and distilled once prior to use</td></tr><tr><td>Diethylether</td><td>Reactolab</td><td>99362</td><td>Purchased as reagent grade and distilled once prior to use</td></tr><tr><td>Geduran silica gel (Si 60, 40-60&amp;nbsp;&amp;micro;m)</td><td>Merck</td><td>1115671000</td><td></td></tr><tr><td>Langmuir trough</td><td>R&amp;amp;K, Potsdam</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermostat&amp;nbsp;</td><td>E1 Medingen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hamilton syringe&amp;nbsp;</td><td>Model 1810 RN SYR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vertex 70 FT-IR spectrometer&amp;nbsp;</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>External air/water reflection unit (XA-511)&amp;nbsp;</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV lamp (250 W, Ga-doped metal halide bulb)</td><td>UV-Light Technology</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Brewster angle microscope (BAM1+)&amp;nbsp;</td><td>NFT G&amp;ouml;ttingen</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sapphire substrates</td><td>Stecher Ceramics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quantifoil holey carbon TEM grids</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nuclear magnetic resonance spectrometer (Bruker Avance III 400)</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>JASCO V-670 UV/Vis spectrometer</td><td>JASCO</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Scanning Electron Microscope (Zeiss Merlin FE-SEM)</td><td>Zeiss</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

preparation of carbon nanosheets at room temperature

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into defined aggregates in aqueous media and at the air-water interface. In the aggregated state, the oligoynes can then be carbonized under mild conditions while preserving the morphology and the embedded chemical functionalization. This novel approach provides direct access to functionalized carbon nanomaterials. In this article, we present a synthetic approach that allows us to prepare hexayne carboxylate amphiphiles as carbon-rich siblings of typical fatty acid esters through a series of repeated bromination and Negishi-type cross-coupling reactions. The obtained compounds are designed to self-assemble into monolayers at the air-water interface, and we show how this can be achieved in a Langmuir trough. Thus, compression of the molecules at the air-water interface triggers the film formation and leads to a densely packed layer of the molecules. The complete carbonization of the films at the air-water interface is then accomplished by cross-linking of the hexayne layer at room temperature, using UV irradiation as a mild external stimulus. The changes in the layer during this process can be monitored with the help of infrared reflection-absorption spectroscopy and Brewster angle microscopy. Moreover, a transfer of the carbonized films onto solid substrates by the Langmuir-Blodgett technique has enabled us to prove that they were carbon nanosheets with lateral dimensions on the order of centimeters.

Hazırlanan prekürsör molekülünün 13C nükleer manyetik rezonans (NMR) spektrumu 3 görüntüler δ = 82-60 ppm (Şekil 1b) karşılık gelen bir kimyasal kaymalarla hexayne segmentinin 12 sp -hybridized C-atomu içerir. Ayrıca, δ = 173 ppm ve δ = 52 ppm&#39;de sinyaller, sırasıyla, esterin karbonil ve metil karbon atanır. δ = 33-14 ppm arasında sinyal dodesil kalıntısının alifatik karbon atfedilmektedir. 3 mukabil UV / Vis absorpsiyon spektrumu bir hexayne (Şekil 1c) karakteristik titreşimsel ince bir yapı gösterir. hexayne amfifil (3) film oluşturucu özellikleri yer basıncı alan izoterm ölçülmesiyle ve (sıkıştırılabilirlik modülüne türetmek incelenmiştirŞekil 2a-b). Bir tabakasının kompresyona karşı 24 ± 2 arasında bir ortalama molekül alanı yüzey basıncında bir artışa yol açar ve izoterm dik eğime sahiptir. Ayrıca, güçlü bir eğik düz alanı, sırasıyla bir 2 22 ve 18 molekül alanlarını anlamına gelen yüzey 9 basınç ve 15 mN / m arasında görülmektedir. Plato üzerinde, izoterm eğimi ikinci dik artış 37 mN 17 ortalama moleküler alanda Å 2 tekabül / m yüzey basıncında filmin çöküşüne kadar görülmektedir. Yüzey basıncı karşı sıkıştırılabilirlik modülü bir arsa gösterir 1-9 mN / m gibi düşük bile yüzey basınçlarında C s -1&gt; 100 mN / m değerlerine eski artar. Bu plato bölgedeki modülünün bir azalma ve C s değerlerin dışında bir başka artış izledi -1&gt; 300 mN / m kadarFilmin çöküşüne. 8 mN / m bir yüzey basıncında (3) tabakası izleme karşılık gelen yüzey alanı (Şekil 2c) bir değişiklik gösterir. Izoterm plato üzerinde 23 mN / m bir yüzey basıncında, Bununla birlikte, yüzey alanının önemli bir azalma, 45 dakika (Şekil 2d) boyunca meydana gelir. Izoterm plato altındaki yüzey basınçlarında kendine monte tek tabaka kızılötesi yansıma emilim (IRRA) spektrumları (Şekil 3) kayıt ile karakterizedir. 3600 ve 1670 cm -1 OH germe ve sırasıyla su titreşimleri bükme kaynaklanan az 1-8 mN / m gösterisi geniş bantların yüzey basınçlarında IRRA spektrumları. Ayrıca, 2.350 sm bir bant -1 karbondioksit sinyali (Şekil 3a) yetersiz bir telafisi kaynaklandığı görülmektedir. NBu arka plan sinyallerinin EXT spektrum görüntüleme 2,919 de bantları ve 2,849 cm-1, asimetrik ve simetrik CH2 tekabül amfifil dodesil kalıntılarının titreşimleri (3) germe (Şekil 3b). Bu bantların pozisyonlarını hava-su arayüzünde 45,51 tekkatmanlar alkil tortularının yapısal düzen için niteliksel belirteç olarak görev yapar. Ayrıca, 2.200 ve 2.171 cm-1 &#39;lik bantlardır, hexayne kısmı (Şekil 3c) C≡C germe titreşim tahsis edilebilir görülmektedir. IRRA spektrumları izotermi plato altında farklı yüzey basınçlarına tabakanın sıkıştırılması üzerine değişmez. Kömürleşme süreci IRRA spektroskopisi tarafından izlenir ve yüzey basıncı evrimi yüzey basıncı mikro vasıtasıyla (Şekil 4) tarafından takip edilir. bir comparisönce ve sonra IRRA spektrumları UV ışınlaması 2.200 ve 2.172 cm hexayne parçalarının (ν (C≡C)) ile ilişkili titreşim bandı -1 tamamen ışın (Şekil 4C), 40 dakika sonra yok olduğunu gösterir. Aynı zamanda, asimetrik ve simetrik metilen -1 2,919 ve 2,849 cm yoğunluğunda azalma gerilme titreşimlerinin ve 2.924 ve 2.855 cm frekans kayması -1 sırasıyla (Şekil 4b). Ayrıca, 3.600 cm kitlesel faz (ν (OH)) OH bandı -1 anlamlı ışınlama (Şekil 4a) boyunca yoğunluğu azalır. bariyerler 8 mN / m tek tabaka sıkıştırmadan sonra sabitlenir ve UV ışınlama başlatıldığında, yüzey basıncı hızla carb sırasında 27 mN / m değerleri ötesinde artar, yüzey basınç mikro terazi gösterisi verilerionization proses. UV ile indüklenen kömürleşme sonra safir yüzeylerde transfer filmler, ilgili UV / Vis spektrumu (Şekil 4e) kadar 550 nm dalga boylarında geniş, özelliksiz emilimini gösterir. C nanosheets ana absorpsiyon tepe yaklaşık 260 nm&#39;de gözlemlenir ve radyasyondan önce tek tabaka spektrumuyla karşılaştırıldığında hexayne kısımların tam dönüşümünü teyit etmektedir. Brewster açısı mikrograflan (Şekil 5) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüler elde karbon nanosheets (Şekil 6) görselleştirmek için bir araç olarak hizmet vermektedir. Siyah bölgeler (Şekil 5A), UV ile ışınlama ve di karbonizasyon sonra elde edilen tabakanın görüntü ile gösterildiği gibi amfifil bir tek tabaka Brewster açısı mikrograflan (3) 8 mN / m göstermek için kusurlar ya da boşluğunun bir film sıkıştırılmış ikenFilmin dokusu belirgin bir değişiklik Şevli (Şekil 5b, c). Sac adalar yırtılması sonrasında hava-su arayüzü (Şekil 5d) kayan kalır. Elektron mikroskobu destek olarak bir holey karbon TEM ızgara Langmuir-Schäfer Transferden sonra nanosheets gösterir. Nanosheets TEM ızgara mikrometre boyutlu delikleri (Şekil 6a-d) kapsayan için yeterli mekanik stabildir. Hafif bir kontrast 2,0 kV bir hızlanan voltajda karbon nanosheet ile kaplı bölgeler ve diğerleri arasında gözlenmektedir (Şekil 6a; görüntüde görünür karanlık nokta düşük büyütme oranlarında bir gölgeleme etkisi önde gelen küçük bir çalışma mesafesi doğar). C-nanosheet yaklaşık 0.5 kV elektron ışınına opak hale gelir, ve karbon nanosheet kenarının (Şekil 6, kırışıklıklar gibi dökümlü gösterildiği gibi aynı konumda alınan görüntüleri, hızlandırma gerilimi etkisi vurgulamakB, C). Film, aksi takdirde çok düzgün ve eşit daha sınır bölgesinden uzak ızgara yayılmıştır (Şekil 6d karbon nanosheet belirlenmesinde destek ızgara yardımcıları kusur). <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53505/53505fig1.jpg" /> Şekil 1: Sıralı brominasyon 52,53 ve alkin segmentin Pd-katalizli uzama 30,31 ile hexayne amfifil (3) (a) sentezi. Reaktifler ve koşullar: (i) 1,4-bis (trimetilsilil) buta-1,3-diyne, MeLi · LiBr, ZnCl2, PdCl2 (dppf) · DCM, THF / toluen,% 71; ii) AGF, NBS, MeCN; daha sonra 1-trimethylsilyloctadeca-1,3,5-triyne 7 MeLi · LiBr, ZnCl2, PdCl2 (dppf) · DCM, THF / toluen, iki aşamada% 23; (Iii) NaOMe, DCM, MeOH, nicel. (&lt;<html> strong&gt; b) oniki asetilen karbon rezonansları (turuncu) ve (c) karşılık gelen UV / Vis spektrumu ile hexayne amfifil (3) 13 C NMR spektrumu. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53505/53505fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53505/53505fig2.jpg" /> Şekil 2: hava-su ara yüzeyinde hexayne amfifil (3) incelenmesi: (a) bir yüzey basınç alanı izoterm ve (b) bir film sıkıştırılabilirliği modülü parselin gaz benzer fazdan doğrudan geçiş işaret etmektedir. bir yoğunlaştırılmış faz. (C) tabaka 8 / m mN da (d) 23 mN / m, ve yüzey alanı geliştirme sıkıştırılmaktadır sabit yüzey basıncında izlenir.<html> om / files / ftp_upload / 53505 / 53505fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53505/53505fig3.jpg" /> Şekil 3: 1 mN / m (siyah çizgi) ve 8 mN / m arası basınçlarda yüzey sıkıştırılmış hexayne amfifil (3) filmin kızılötesi yansıtma emme (IRRA) spektrumları (40 °, s -polarized ışık) (ışık mavi çizgi). (a) 3600 ve 1670 cm belirgin bantlar ile tam spektrum -1 su kitlesel faz yanı sıra 2.350 cm -1 yetersiz olması nedeniyle karbondioksit tazminat etrafında zirveden. (B) metilen germe titreşim spektral bölgesi olarak hexayne kısmına karşılık gelen (c) grupları.<html> 05 / 53505fig3large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53505/53505fig4.jpg" /> Şekil 4: Reaktif, karbonca zengin amfifil 3&#39;ün bir filmin karbonizasyon incelenmesi. (Mavi çizgi) önce ve UV ışınlaması 40 dakika (kırmızı çizgi) sonra kaydedilmiştir (a) IRRA spektrumu. (B) metilen germe titreşim spektral bölgesi olarak hexayne kısmına karşılık gelen (c) grupları. Sabit yüzey alanında sabitlenmiş engelleri ile (d) yüzey basıncı önemli bir artış karbonizasyon sırasında gözlenir. (E) UV / Vis spektrumu (3) 600 nm dalga boyunda, geniş ve idi emilmesini gösteren olmayan bir karbonize filme kıyasla ışınlanmış filmlerin.om / files / ftp_upload / 53505 / 53505fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53505/53505fig5.jpg" /> Şekil 5: önce ve UV ışıması ile karbonizasyon sonra hava-su ara yüzeyinde amfifil 3&#39;ün bir film ile Brewster açısı mikroskobu (BAM) deneyleri, (3) 8 mN sıkıştırılmış / m&#39;den az bir tek tabaka, (a) mikrografı.. (B) UV ışın tedavisi dan sonra, filmin bir doku belirgin bir değişim (c) film, bariyerleri açarak genişletmek için izin verildikten sonra, daha homojen hale görülmektedir. Bir iğne ile manipülasyon yoluyla kömürleşmiş tabakanın (d) Kopma hava-su arayüzünde yüzen adaları bırakır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53505/53505fig5large.jpg" target="_blank">Daha büyük bir ettik görmek için buraya tıklayınız</a>Bu rakamın rsion. <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53505/53505fig6.jpg" /> Şekil 6:. Destek Delikli C TEM kılavuza Langmuir-Schäfer transferden sonra bir karbon nanosheet tarama elektron mikroskobu (SEM) (a) 2.0 kV bir hızlandırma gerilimi görüntülü kısmen kapalı ızgarası. (B - C) C-nanosheet yaklaşık 0.5 kV elektron ışınına opak hale gelir. (D) Dışarıda kenarından, düzgün bir film eşit ızgara yayılır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53505/53505fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature at JoVE.com

Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

We present the synthesis of an amphiphilic hexayne and its use in the preparation of carbon nanosheets at the air-water interface from a self-assembled monolayer of these reactive, carbon-rich molecular precursors.

Oda sıcaklığında karbon Nanosheets hazırlanması

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into ...

preparation-of-carbon-nanosheets-at-room-temperature

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Chemical Bonding: Basic Concepts

SCIENTISTS IN ACTION

12.0K Görüntüleme.  Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). We present the synthesis of an amphiphilic hexayne and its use in the preparation of carbon nanosheets at the air-water interface from a self-assembled monolayer of these reactive, carbon-rich molecular precursors.

Video: Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Mühendislik

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

Karbon Nanotube Dizilerin Islatma Özellikleri Tuning Tedaviler Tavlama Kuru Oksidasyon ve Vakum

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Nitrogen-doped carbon nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs). These as-synthesized graphitic nanocups from chemical vapor deposition (CVD) method were stacked in a head-to-tail fashion held only through noncovalent interactions. Individual NCNCs can be isolated out of their stacking structure through a series of chemical and physical separation processes. First, as-synthesized NCNCs were oxidized in a mixture of strong acids to introduce oxygen-containing defects on the graphitic walls. The oxidized NCNCs were then processed using high-intensity probe-tip sonication which effectively separated the stacked NCNCs into individual graphitic nanocups. Owing to their abundant oxygen and nitrogen surface functionalities, the resulted individual NCNCs are highly hydrophilic and can be effectively functionalized with gold nanoparticles (GNPs), which preferentially fit in the opening of the cups as cork stoppers. These graphitic nanocups corked with GNPs may find promising applications as nanoscale containers and drug carriers.

We discussed the synthesis of individual graphitic nanocups using a series of techniques including chemical vapor deposition, acid oxidation and probe-tip sonication. By citrate reduction of HAuCl4, the graphitic nanocups were effectively corked with gold nanoparticles due to the chemically reactive edges of the cups.

Mantar Tıpa olarak Altın Nanopartiküller ile Azot-katkılı Karbon Nanotube Bardaklar sentezi ve fonksiyonlandırmalar

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very promising application for molecular sensors, field effect transistor and super thin and flexible electronic devices1-4. Anodic arc discharge supported by the erosion of the anode material is one of the most practical and efficient methods, which can provide specific non-equilibrium processes and a high influx of carbon material to the developing structures at relatively higher temperature, and consequently the as-synthesized products have few structural defects and better crystallinity.
 To further improve the controllability and flexibility of the synthesis of carbon nanostructures in arc discharge, magnetic fields can be applied during the synthesis process according to the strong magnetic responses of arc plasmas. It was demonstrated that the magnetically-enhanced arc discharge can increase the average length of SWCNT 5, narrow the diameter distribution of metallic catalyst particles and carbon nanotubes 6, and change the ratio of metallic and semiconducting carbon nanotubes 7, as well as lead to graphene synthesis 8. 
 Furthermore, it is worthwhile to remark that when we introduce a non-uniform magnetic field with the component normal to the current in arc, the Lorentz force along the J&times;B direction can generate the plasmas jet and make effective delivery of carbon ion particles and heat flux to samples. As a result, large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes were simultaneously generated by such new magnetically-enhanced anodic arc method. Arc imaging, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Raman spectroscopy were employed to analyze the characterization of carbon nanostructures. These findings indicate a wide spectrum of opportunities to manipulate with the properties of nanostructures produced in plasmas by means of controlling the arc conditions.

Anodic arc discharge is one of the most practical and efficient methods to synthesize various carbon nanostructures. To increase the arc controllability and flexibility, a non-uniform magnetic field was introduced to process the one-step synthesis of large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes.

Tek duvarlı Karbon Nanotüpler Eşzamanlı Sentezi ve Manyetik geliştirilmiş Arc Plazma Grafen

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Biyomühendislik

Synthesis and Functionalization of 3D Nano-graphene Materials: Graphene Aerogels and Graphene Macro Assemblies

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. Additionally, most reported graphene assemblies are held together through physical interactions (e.g., van der Waals forces) rather than chemical bonds, which limit their mechanical strength and conductivity. This video method details recently developed strategies to fabricate mass-producible, graphene-based bulk materials derived from either polymer foams or single layer graphene oxide. These materials consist primarily of individual graphene sheets connected through covalently bound carbon linkers. They maintain the favorable properties of graphene such as high surface area and high electrical and thermal conductivity, combined with tunable pore morphology and exceptional mechanical strength and elasticity. This flexible synthetic method can be extended to the fabrication of polymer/carbon nanotube (CNT) and polymer/graphene oxide (GO) composite materials. Furthermore, additional post-synthetic functionalization with anthraquinone is described, which enables a dramatic increase in charge storage performance in supercapacitor applications.

This video method describes the synthesis of high surface area, monolithic 3D graphene-based materials derived from polymer precursors as well as single layer graphene oxide.

Sentezi ve 3D Nano-grafen Malzemelerin fonksiyonalizasyonu: Grafen Aerogels ve Graphene Makro Meclisleri

Efforts to assemble graphene into three-dimensional monolithic structures have been hampered by the high cost and poor processability of graphene. ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Preparation of Liquid-exfoliated Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets with Controlled Size and Thickness: A State of the Art Protocol

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. Layered crystals of molybdenum disulphide (MoS2) and tungsten disulphide (WS2) are exfoliated in aqueous surfactant solution by sonication. This yields highly polydisperse mixtures containing nanosheets with broad size and thickness distributions. However, for most purposes, specific sizes (in terms of both lateral dimension and thickness) are required. For example, large and thin nanosheets are desired for (opto) electronic applications, while laterally small nanosheets are interesting for catalytic applications. Therefore, post-exfoliation size selection is an important step that we address here. We provide a detailed protocol on the efficient size selection in large quantities by liquid cascade centrifugation and the size and thickness quantification by statistical microscopic analysis (atomic force microscopy and transmission electron microscopy). The comparison of MoS2 and WS2 shows that both materials are size-selected in a similar way by the same procedure. Importantly, the dispersions of size-selected nanosheets show systematic changes in their optical extinction spectra with size due to edge and confinement effects. We show how these optical changes are related quantitatively to the nanosheets dimensions and describe how mean nanosheets length and layer number can be extracted reliably from the extinction spectra. The exfoliation and size selection protocol can be applied to a broad range of layered crystals as we have previously demonstrated for graphene, gallium sulphide (GaS) and black phosphorus.

A protocol for the liquid exfoliation of layered materials to nanosheets, their size selection and size measurement by microscopic and spectroscopic techniques is presented.

Sıvı dağılmış Geçiş Metal dikalkogenid Kontrollü Boyutu Nanosheets ve Kalınlığının Hazırlanması: Sanat Protokolü Bir Devlet

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a free-radical polymerization strategy to enable the modulation of the nanotube surface properties and produce supramolecular self-assembly of the nanostructures. First, a selective hydroxylation of the pristine nanotubes through a biphasic catalytically mediated oxidation reaction creates superficially distributed reactive sites at the sidewalls. The latter reactive sites are subsequently modified with methacrylic moieties using a silylated methacrylic precursor to create polymerizable sites. Those polymerizable groups can address further polymerization of styrene to produce a hybrid nanomaterial containing PS chains grafted to the nanotube sidewalls. The polymer-graft content, amount of silylated methacrylic moieties introduced and hydroxylation modification of the nanotubes are identified and quantified by Thermogravimetric Analysis (TGA). The presence of reactive functional groups hydroxyl and silylated methacrylate are confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Polystyrene-grafted carbon nanotube solutions in tetrahydrofuran (THF) provide wall-to-wall collinearly self-assembled nanotubes when cast samples are analyzed by transmission electron microscopy (TEM). Those self-assemblies are not obtained when suitable blanks are similarly cast from analogous solutions containing non-grafted counterparts. Therefore, this method enables the modification of the nanotube anisotropic patchiness at the sidewalls which results into spontaneous auto-organization at the nanoscale.

A procedure for the synthesis of polystyrene-grafted multiwalled carbon nanotubes using successive chemical modification steps to selectively introduce the polymer chains to the sidewalls and their self-assembly via anisotropic patchiness is presented.

Multiwalled karbon nanotüpler kendinden montajlı etkinleştirmek için polistiren ve Anizotropik seçimdeki aşılama

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Kimya

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We present methods for depositing and passively manipulating C60 molecules on rippled graphene that advance the pursuit of realizing applications involving 1D C60/graphene hybrid structures. The techniques applied in this exposition are geared towards high vacuum systems with preparation areas capable of supporting molecular deposition as well as thermal annealing of the samples. We focus on C60 deposition at low pressure using a homemade Knudsen cell connected to a scanning tunneling microscopy (STM) system. The number of molecules deposited is regulated by controlling the temperature of the Knudsen cell and the deposition time. One-dimensional (1D) C60 chain structures with widths of two to three molecules can be prepared via tuning of the experimental conditions. The surface mobility of the C60 molecules increases with annealing temperature allowing them to move within the periodic potential of the rippled graphene. Using this mechanism, it is possible to control the transition of 1D C60 chain structures to a hexagonal close packed quasi-1D stripe structure.

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Here we present a protocol for the fabrication of C60/graphene hybrid nanostructures by physical thermal evaporation. Particularly, the proper manipulation of deposition and annealing conditions allow the control over the creation of 1D and quasi 1D C60 structures on rippled graphene.

C60/Graphene hibrid nanoyapıların malzemelerin hazırlık ve

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We ...

Tuning the Acidity of Pt/ CNTs Catalysts for Hydrodeoxygenation of Diphenyl Ether

We herein present a method for the synthesis of HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 solid acid nanosheet modified Pt/CNTs. By varying the weight of various solid acid nanosheets, a series of Pt/xHMNO6/CNTs with different solid acid compositions (x = 5, 20 wt%; M = Nb, Ta; N = Mo, W) have been prepared by carbon nanotube pretreatment, protonic exchange, solid acid exfoliation, aggregation and finally Pt particles impregnation. The Pt/xHMNO6/CNTs are characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and NH3-temperature programmed desorption. The study revealed that HNbWO6 nanosheets were attached on CNTs, with some edges of the nanosheets being bent in shape. The acid strength of the supported Pt catalysts increases in the following order: Pt/CNTs &#60; Pt/5HNbWO6/CNTs &#60; Pt/20HNbMoO6/CNTs &#60; Pt/20HNbWO6/CNTs &#60; Pt/20HTaWO6/CNTs. In addition, the catalytic hydroconversion of lignin-derived model compound: diphenyl ether using the synthesized Pt/20HNbWO6 catalyst has been investigated.

A protocol for the synthesis of HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 solid acid nanosheet modified Pt/CNTs is presented.

Difenil Eterhidrodeoksijenasyonu için Pt/ CNTs Katalizörlerinin Asitliğini Değiştirme

We herein present a method for the synthesis of HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 solid acid nanosheet modified Pt/CNTs. By varying the weight of various solid acid ...