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1Brominated carbon nanotubes as effective catalysts for petroleum hydrocarbons aerobic oxidation
(2012)
Die hochselektive und ausbeutereiche plasmachemische Bromierung von Polyolefinoberflächen wurde auf graphitische Materialien übertragen. Oberflächen von graphenartigem Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG), natürlichem Graphit, mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) sowie Kohlenstoff-Fasern wurden im Bromdampfplasma behandelt. Während die Bromierung von Polyolefinoberflächen als radikalische Wasserstoffabstraktion mit nachfolgender Addition (Rekombination) oder durch nucleophile Substitution an sp³-hybridisierten C-Atomen abläuft, können graphitische Strukturen sowohl an sp³-hybridisierten Strukturdefekten als auch durch elektrophile Addition an vollständig C-substituierte aromatische Doppelbindungen bromiert werden. Dabei werden die planaren (graphitischen) sp²-C-Atome in die tetraedrische sp³-Hybridisierung umgewandelt und zu elektrisch nichtleitenden Strukturen gefaltet.
Die maximalen Bromausbeuten bei Verwendung von Brom als Plasmamedium lagen je nach Substrat zwischen 1050% Br/C, mit Bromoform deutlich darüber, was durch Kombinationen von Bromoform mit Brom oder Allylbromid mit Bromoform durch Schichtbildung auf über 70% Br/C gesteigert werden konnte.
An die C-Br-Gruppen wurden nasschemisch verschiedene Amine nucleophil gepfropft. Die Pfropfausbeuten von 110 Moleküle je 100 C lagen deutlich niedriger als die erreichten Pfropfgrade von etwa 122 Moleküle je 100 C-Atome an Polyolefinoberflächen. Da nach der chemischen Pfropfung nahezu alle nichtgepfropften Br-Gruppen verschwunden waren, muss auf eine bevorzugte Rekonstruktion der planaren sp²-Graphitschicht geschlossen werden.
Nebulizing of polymer solutions, in a high-voltage field under atmospheric conditions by electrospray ionization (ESI), is a comfortable way to deposit ultra-thin layers of polar or ionic polymers onto any conductive substrate materials. The substrate is grounded and the polymer solution is sprayed through a powered capillary. The formed charged droplets shrink by solvent evaporation during their way to the grounded substrate, the charges close ranks and the droplets collapse consecutively by charge repulsion, thus forming finally charged single macromolecules. After their discharging at the grounded substrate, an ultrathin ‘quasi-monomolecular’ polymer layer is formed. It could be shown by imaging of scratches through the polymer layer by atomic force microscopy that the deposited polymer layers are dense at a thickness of about 10 nm. Carbon fibre bundles were coated with poly (allylamine) (PAAm) or poly(acrylic acid) (PAA) as potential adhesion-promoting layers in fibre–polymer composites. The polymer deposition is self-inhibiting after formation of a continuous coverage of about 200 nm for PAAm and 30 nm for PAA as result of surface charging. Continuous deposition onto such isolating layers or polymers without charging can be achieved by using current of alternating polarity. The film formation is self-healing because of the electrophoretic effect, i.e. the ion discharging occurs preferentially at noncoated areas. This electrophoretic effect of ESI was demonstrated by completely enwrapping all the carbon fibres of the roving within a distance of about 100 μm far from its outside and also at the backside of the fibre bundle with about 80% of the topside coverage, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy and visualized using scanning electron microscopy.