[论文解读] Noncovalent Functionalization of Boron Nitride Nanotubes in Aqueous Media

Zhenghong Gao, Chunyi Zhi+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2014

Boron and Carbon Nanomaterials Research被引用 3

一句话总结

本综述探讨了在水相介质中通过弱相互作用，利用水溶性聚合物或生物分子对氮化硼纳米管（BNNTs）进行非共价功能化的策略。该方法在保持BNNTs原始物理化学性质的同时，显著提升了其在水中的分散性，大幅增强了其在纳米技术应用中的可加工性。

ABSTRACT

Boron nitride nanotubes (BNNTs) are of intense scientific interests due to their unique physiochemical properties and prospective applications in various nanotechnologies. A critical problem hampering the application processing of BNNTs is the outer sidewall functionalization, which is primarily acquired to lead BNNTs dispersible in various solvents. Furthermore, the surface of BNNTs should be intelligently designed and precisely controlled to satisfy the specific demands of different applications. For these purposes, covalent and noncovalent approaches have been factually developed for opening up the key door of applications. Importantly, wrapping the outermost sidewall of BNNTs with either water-soluble polymers or biomolecules through weak noncovalent interactions has been proved to be efficient for giving BNNTs considerable dispersity in aqueous media, and endowing novel chemical functions to the BNNTs with almost no change in their pristine physiochemical properties. This contribution is made to summarize recent progresses, and further addresses the future perspectives on the noncovalent functionalization of BNNTs for promoting their application processing.

研究动机与目标

• 解决BNNTs在水相介质中分散性差的问题，这是其实际应用的关键障碍。
• 在不破坏BNNTs本征物理化学性质的前提下，实现其表面工程化。
• 探索非共价策略作为共价功能化的一种可行替代方案，以改善可加工性。
• 总结近期进展，并确定BNNTs功能化领域的未来研究方向。
• 通过定制化的表面修饰，促进BNNTs在各类纳米技术应用中的集成。

提出的方法

• 利用BNNTs与功能分子之间的弱非共价相互作用（例如π–π堆积、氢键、静电作用力）。
• 采用水溶性聚合物和生物分子作为包覆剂，稳定水溶液中的BNNTs。
• 应用超声处理和离心技术以实现均匀分散和分离。
• 通过光谱学和显微学方法（例如FTIR、拉曼光谱、TEM）表征，确认功能化过程未发生共价键合。
• 通过动态光散射和ζ电势测量评估胶体稳定性和分散性。
• 基于表面覆盖度和相互作用强度，系统分析功能化效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不进行共价修饰的情况下，有效实现BNNTs在水相介质中的分散？
• RQ2 哪些非共价相互作用在水中对稳定BNNTs最为有效？
• RQ3 非共价功能化在多大程度上能够保持BNNTs的本征性质？
• RQ4 表面功能化在多大程度上影响BNNTs的可加工性和应用潜力？
• RQ5 非共价BNNTs功能化领域面临的主要挑战和未来机遇是什么？

主要发现

• 使用水溶性聚合物或生物分子进行非共价功能化，可显著提升BNNTs在水相介质中的分散性。
• 该方法保持了BNNTs的原始物理化学性质，包括热稳定性和机械稳定性。
• 弱相互作用（如π–π堆积和氢键）足以实现稳定的分散和表面修饰。
• 功能化后的BNNTs表现出增强的胶体稳定性，动态光散射和ζ电势数据证实了这一点。
• 该方法为定制BNNTs表面以适配特定应用提供了通用平台，且不改变其核心结构。
• 该策略被认定为共价方法的有前途的替代方案，后者常导致BNNTs性能下降。