Preparation of Prussian blue@Pt nanoparticles/carbon nanotubes composite material for efficient determination of H2O2

In this study, the fabrication of an efficient amperometric hydrogen peroxide sensor with favorable properties is presented. Prussian blue (PB) was catalytically synthesized by Pt nanoparticles (Pt-nano) from ferric ferricyanide aqueous solution to form PB@Pt-nano hybrid, and it was confirmed by transmission electron microscope (TEM) and optical spectra. The electrochemical behavior of PB@Pt-nano was highly improved through its integration with poly(diallyldimethylammonium chloride) modified carbon nanotubes (PCNTs).

Nanocomposite based on depositing platinum nanostructure onto carbon nanotubes through a one-pot, facile synthesis method for amperometric sensing

Platinum nanoparticles (Pt NPs) were deposited onto multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) through direct chemical reduction without any other stabilizing agents. Transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and cyclic voltammetry were employed to characterize the morphology of the as-prepared nanocomposite (noted as Pt NPs-MWNTs) and further identify the Pt NPs on the surface of MWNTs. The nanocomposite demonstrated the ability to electrocatalyze the oxidation of hydrogen peroxide and substantially raises the response current. A sensitivity of 591.33 mu A mM(-1) cm(-2) was obtained at Pt NPs-MWNTs modified electrode. Thus, we immobilized glucose oxidase (GOD) as a model enzyme on the nanocomposite-based electrode with a thin layer of Nafion to fabricate a glucose biosensor, which showed sensitive and fast response to glucose. The influence of the GOD loading was investigated and the biosensor with an enzyme loading concentration of 10 mg/mL shows optimal performance for glucose detection, that is, a detection limit of 3 mu M and a response time of 3 s, respectively.

Alternate assemblies of polyelectrolyte functionalized carbon nanotubes and platinum nanoparticles as tunable electrocatalysts for dioxygen reduction

A novel method based on electrostatic layer-by-layer self-assembly (LBL) technique for alternate assemblies of polyelectrolyte functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) and platinum nanoparticles (PtNPs) is proposed. The shortened MWNTs can be functionalized with positively charged poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) based on electrostatic interaction. Through electrostatic layer-by-layer assembly, the positively charged PDDA functionalized MWNTs (PDWNTs) and negatively charged citrate-stabilized PtNPs were alternately assembled on a 3-mercaptopropanesulfonic sodium (NIPS) modified gold electrode and also on other negatively charged surface, e.g. quartz slide and indium-tin-oxide (ITO) plate, directly forming the three-dimensional (3D) nanostructured materials. This is a very general and powerful technique for the assembling three-dimensional nanostructured materials containing carbon nanotubes (CNTs) and nanoparticles. Thus prepared multilayer films were characterized by ultraviolet-visiblenear-infrared spectroscopy (UV-vis-NIR), scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry (CV). Regular growth of the mutilayer films is monitored by UV-vis-NIR.

Nanoelectrode ensembles based on semi-interpenetrating network of carbon nanotubes

A method for preparing nanoelectrode ensembles based on semi-interpenetrating network (SIN) of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) on gold electrode through phase-separation method is initially proposed. Individual nanoelectrode owns irregular three-dimensional MWNTs networks, which is denoted as SIN-MWNTs. On the as-prepared SIN-MWNTs nanoelectrode ensembles, the assembled MWNTs clusters in nanoscale serve as individual nanoelectrode and the electroinactive lipid networks located on the top of alkanethiol monolayer are used as a shielding layer. Cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), tapping-mode atomic force microscopy (TM-AFM) and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the as-prepared SIN-MWNT nanoelectrode ensembles. Experimental results indicate that the well-defined nanoelectrode ensembles were prepared through self-assembly technology. Meantime, sigmoid curves in a wide scanning range can be obtained in CV experiments. This study may pave the way for the construction of truly nanoscopic nanoelectrode arrays by bottom-up strategy.

Preparation of hybrid thin film modified carbon nanotubes on glassy carbon electrode and its electrocatalysis for oxygen reduction

A hybrid thin film containing Pt nanoparticles and [tetrakis(N-methylpyridyl)porphyrinato] cobalt (CoTMPyP) modified multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) on a glassy carbon (GC) electrode surface was fabricated. This hybrid film electrode exhibited remarkable electrocatalytic activity for oxygen reduction and high stability with promising applications in fuel cells.

The morphology and thermal properties of multi-walled carbon nanotube and poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) composite

Nanocomposites based on poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were prepared by solution processing. Ultrasonic energy was used to uniformly disperse MWNTs in solutions and to incorporate them into composites. Microscopic observation reveals that polymer-coated MWNTs dispersed homogenously in the PHBV matrix. The thermal properties and the crystallization behavior of the composites were characterized by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry and wide-angle X-ray diffraction, the nucleant effect of MWNTs on the crystallization of PHBV was confirmed, and carbon nanotubes were found to enhanced the thermal stability of PHBV in nitrogen.

Electrooxidation of methanol on carbon nanotubes supported Pt-Fe alloy electrode

The synthesis and characterization of catalysts based on bimetallic materials, Pt-Fe supported on multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) for methanol electrooxidation is reported here. The catalyst was prepared by a spray-cooling process and characterized by TEM, EDS, ICP and XRD. The electrocatalytic properties of the Pt-Fe/MWNTs electrode for methanol oxidation have been investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry. It presented higher electrocatalytic activity and stability than a comparative Pt/ MWNTs catalyst. This may be attributed to the addition of Fe which leads to the small average particle size and high utilization of Pt in the Pt-Fe/MWNTs catalyst. The results imply that the Pt Fe/MWNTs composite has good potential applications in fuel cells.

Combined antenna and localized plasmon resonance in Raman scattering from Random arrays of silver-coated, vertically aligned multiwalled carbon nanotubes

The electric field enhancement associated with detailed structure within novel optical antenna nanostructures is modeled using the surface integral equation technique in the context of surface-enhanced Raman scattering (SERS). The antennae comprise random arrays of vertically aligned, multi-walled carbon nanotubes dressed with highly granular Ag. Different types of "hot-spot" underpinning the SERS are identified, but contrasting characteristics are revealed. Those at the outer edges of the Ag grains are antenna driven with field enhancement amplified in antenna antinodes while intergrain hotspots are largely independent of antenna activity. Hot-spots between the tops of antennae leaning towards each other also appear to benefit from antenna amplification.

An investigation of Mode I and Mode II fracture toughness enhancement using aligned carbon nanotubes forests at the crack interface

A novel approach for introducing aligned multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in a carbon-fibre composite pre-impregnated (prepreg) laminate, to improve the through-thickness fracture toughness, is presented. Carbon nanotube (CNT) 'forests' were grown on a silicon substrate with a thermal oxide layer, using a chemical vapour deposition (CVD) process. The forests were then transferred to a pre-cured laminate interface, using a combination of pressure and heat, while maintaining through-thickness CNT alignment. Standard Mode I and four-point bend end-notched flexure Mode II tests were undertaken on a set of specimens and compared with pristine specimens. Mode I fracture toughness for T700/M21 laminates was improved by an average of 31% while for T700/SE84LV specimens, an improvement of 61% was observed. Only T700/M21 specimens were tested in Mode II which yielded an average fracture toughness improvement of 161%. Scanning Electron Microscopy (SEM) showed good wetting of the CNT forest as well as evidence of penetration of the forest into the adjacent plies. © 2013 Elsevier Ltd.

Cage de résonance à base de films minces transparents et conducteurs de nanotubes de carbone

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Propriétés optiques dans l'infrarouge des nanotubes de carbone et du graphène

Les nanotubes de carbone et le graphène sont des nanostructures de carbone hybridé en sp2 dont les propriétés électriques et optiques soulèvent un intérêt considérable pour la conception d’une nouvelle génération de dispositifs électroniques et de matériaux actifs optiquement. Or, de nombreux défis demeurent avant leur mise en œuvre dans des procédés industriels à grande échelle. La chimie des matériaux, et spécialement la fonctionnalisation covalente, est une avenue privilégiée afin de résoudre les difficultés reliées à la mise en œuvre de ces nanostructures. La fonctionnalisation covalente a néanmoins pour effet de perturber la structure cristalline des nanostructures de carbone sp2 et, par conséquent, d’affecter non seulement lesdites propriétés électriques, mais aussi les propriétés optiques en émanant. Il est donc primordial de caractériser les effets des défauts et du désordre dans le but d’en comprendre les conséquences, mais aussi potentiellement d’en exploiter les retombées. Cette thèse traite des propriétés optiques dans l’infrarouge des nanotubes de carbone et du graphène, avec pour but de comprendre et d’expliquer les mécanismes fondamentaux à l’origine de la réponse optique dans l’infrarouge des nanostructures de carbone sp2. Soumise à des règles de sélection strictes, la spectroscopie infrarouge permet de mesurer la conductivité en courant alternatif à haute fréquence des matériaux, dans une gamme d’énergie correspondant aux vibrations moléculaires, aux modes de phonons et aux excitations électroniques de faible énergie. Notre méthode expérimentale consiste donc à explorer un espace de paramètres défini par les trois axes que sont i. la dimensionnalité du matériau, ii. le potentiel chimique et iii. le niveau de désordre, ce qui nous permet de dégager les diverses contributions aux propriétés optiques dans l’infrarouge des nanostructures de carbone sp2. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la spectroscopie infrarouge des nanotubes de carbone monoparois sous l’effet tout d’abord du dopage et ensuite du niveau de désordre. Premièrement, nous amendons l’origine couramment acceptée du spectre vibrationnel des nanotubes de carbone monoparois. Par des expériences de dopage chimique contrôlé, nous démontrons en effet que les anomalies dans lespectre apparaissent grâce à des interactions électron-phonon. Le modèle de la résonance de Fano procure une explication phénoménologique aux observations. Ensuite, nous établissons l’existence d’états localisés induits par la fonctionnalisation covalente, ce qui se traduit optiquement par l’apparition d’une bande de résonance de polaritons plasmons de surface (nanoantenne) participant au pic de conductivité dans le térahertz. Le dosage du désordre dans des films de nanotubes de carbone permet d’observer l’évolution de la résonance des nanoantennes. Nous concluons donc à une segmentation effective des nanotubes par les greffons. Enfin, nous montrons que le désordre active des modes de phonons normalement interdits par les règles de sélection de la spectroscopie infrarouge. Les collisions élastiques sur les défauts donnent ainsi accès à des modes ayant des vecteurs d’onde non nuls. Dans une deuxième partie, nous focalisons sur les propriétés du graphène. Tout d’abord, nous démontrons une méthode d’électrogreffage qui permet de fonctionnaliser rapidement et à haute densité le graphène sans égard au substrat. Par la suite, nous utilisons l’électrogreffage pour faire la preuve que le désordre active aussi des anomalies dépendantes du potentiel chimique dans le spectre vibrationnel du graphène monocouche, des attributs absents du spectre d’un échantillon non fonctionnalisé. Afin d’expliquer le phénomène, nous présentons une théorie basée sur l’interaction de transitions optiques intrabandes, de modes de phonons et de collisions élastiques. Nous terminons par l’étude du spectre infrarouge du graphène comportant des îlots de bicouches, pour lequel nous proposons de revoir la nature du mécanisme de couplage à l’œuvre à la lumière de nos découvertes concernant le graphène monocouche.

Étude du potentiel cytotoxique des nanotubes de carbone simple-paroi chez les cellules épithéliales alvéolaires humaines A549

Il existe un grand intérêt pour le développement et les applications des nanotubes de carbone (NTC) car ils ont un énorme potentiel dans diverses applications industrielles. Cependant, leur dimension nanométrique et leur composition chimique peuvent constituer un risque sur la santé humaine. Les mécanismes responsables de la toxicité des NTC restent encore à définir. L’objectif de ce projet était de déterminer la toxicité potentielle de deux types de nanotubes de carbone simple-paroi (NTCSP): RN 000 et RN 003 chez une lignée cellulaire de pneumocytes de type II, les cellules A549. Méthodologie: Les essais MTS et PrestoBlue®, le test d’exclusion au bleu de trypan, la coloration HT-IP et l’Apoptotic Blebs ont été utilisés pour déterminer la toxicité potentielle de ces NTCSP. Résultats: Suite à une exposition de courte durée (24h), l’essai MTS a montré une diminution de la viabilité cellulaire significative de 20% pour [NTCSP] à 50 et 100 µg/ml et 74% pour [NTCSP] à 1000 µg/mL. Le PrestoBlue® a indiqué une mortalité cellulaire d’environ 45% et de 85% pour des concentration de 500 et 1000 µg/ml de NTCSP. Cependant, les données de l’essai d’exclusion du bleu de trypan ont montré que les NTCSP n’altèrent pas la viabilité cellulaire. L’absence d’une altération de la viabilité cellulaire a été confirmée avec la coloration HT-IP et l’Apoptotic Blebs. Cependant, l’interaction des NTCSP avec les cellules A549 a induit un changement de la morphologie cellulaire ; une diminution de la taille ainsi une augmentation de la structure interne des cellules A549. À une exposition à longue durée (72h), les données ont confirmé les résultats d’exposition à 24h. En effet, il n’y a de pas de mortalité cellulaire, mais une diminution de la prolifération cellulaire. En conclusion, notre étude indique que le RN 000 et le RN 003 interagissent avec les cellules A549 sans altérer leur viabilité, mais en induisant une dysfonction mitochondriale qui pourrait avoir plusieurs conséquences sur la fonction cellulaire.

Carbon nanotubes in electrospun polyethylene oxide nanofibres: a potential route to conducting nanofibres

Polyethylene oxide solution containing multi-walled carbon nanotubes have been electrospun onto a rotating collector to produce highly aligned arrays of electrospun nanofibers ranging in diameters from (200 – 360) nanometres. The addition of a surfactant (Triton X-100)is highly effective in dispersing carbon nanotube within an aqueous solution of polyethylene oxide and the resulting mixture can be electrospun without excessive clumping to produce nanofibers containing high loadings of nanotubes; in this case up to 5% wt thereby providing an effective route to electrically conductive nanofibres.

Tight-binding model for carbon nanotubes from ab initio calculations

Here we present a parametrized tight-binding (TB) model to calculate the band structure of single-wall carbon nanotubes (SWNTs). On the basis of ab initio calculations we fit the band structure of nanotubes of different radii with results obtained with an orthogonal TB model to third neighbors, which includes the effects of orbital hybridization by means of a reduced set of parameters. The functional form for the dependence of these parameters on the radius of the tubes can be used to interpolate appropriate TB parameters for different SWNTs and to study the effects of curvature on their electronic properties. Additionally, we have shown that the model gives an appropriate description of the optical spectra of SWNTs, which can be useful for a proper assignation of SWNTs` specific chirality from optical absorption experiments.

Low-Frequency Noise in Field-Effect Devices Functionalized With Dendrimer/Carbon-Nanotube Multilayers

Low-frequency noise in an electrolyte-insulator- semiconductor (EIS) structure functionalized with multilayers of polyamidoamine (PAMAM) dendrimer and single-walled carbon nanotubes (SWNT) is studied. The noise spectral density exhibits 1/f(gamma) dependence with the power factor of gamma approximate to 0.8 and gamma = 0.8-1.8 for the bare and functionalized EIS sensor, respectively. The gate-voltage noise spectral density is practically independent of the pH value of the solution and increases with increasing gate voltage or gate-leakage current. It has been revealed that functionalization of an EIS structure with a PAMAM/SWNTs multilayer leads to an essential reduction of the 1/f noise. To interpret the noise behavior in bare and functionalized EIS devices, a gate-current noise model for capacitive EIS structures based on an equivalent flatband-voltage fluctuation concept has been developed.