О сенсорной активности углеродных нанотрубок, модифицированных карбоксильной, аминной и нитрогруппами, в отношении щелочных металлов


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3-204-209

Полный текст:


Аннотация

Обобщены результаты теоретического изучения сенсорной активности наносистем на основе углеродной нанотрубки, модифицированной функциональной группой (карбоксильной, аминной, нитрогруппой) в отношении некоторых металлических атомов и ионов, выполненного с использованием полуэмпирической расчетной схемы MNDO и теории функционала плотности DFT. Рассмотрен механизм присоединения функциональных групп к открытой границе однослойных углеродных нанотруб типа zig−zag для образования химически активного сенсорного зонда на их основе и взаимодействие построенных таким образом зондов с атомами и ионами калия, натрия, лития. Проведен сравнительный анализ активности сенсорных наносистем в отношении выбранных элементов и сделан вывод о выборе наиболее предпочтительной функциональной группы для модифицирования углеродных нанотрубок, которые могут быть использованы в качестве сенсорных зондов для идентификации атомов и ионов калия, лития и натрия, в том числе присутствующих в солях и щелочах.


Об авторах

Н. П. Борознина
Волгоградский государственный университет.
Россия
Борознина Наталья Павловна — кандидат физ.−мат. наук, доцент кафедры судебной экспертизы и физического материаловедения. Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062.


И. В. Запороцкова
Волгоградский государственный университет.
Россия

Запороцкова Ирина Владимировна — доктор физ.−мат. наук, профессор, директор института приоритетных технологий. 

Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062.



Список литературы

1. Дьячков, П. Н. Электронные свойства и применение нанотрубок / П. Н. Дьячков. − М. : Бином. Лаборатория знаний, 2014. − 488 с.

2. Запороцкова, И. В. Строение, свойства и перспективы использования нанотубулярных материалов / И. В. Запороцкова // Нанотехника. − 2005. − № 4. − С. 42—54.

3. Елецкий, А. В. Сорбционные свойства углеродных наноструктур / А .В. Елецкий // УФН. − 2004. −Т. 174, № 11. − С. 1191— 1231. DOI: 10.3367/UFNr.0174.200411c.1191

4. Ахмадишина, К. Ф. Гибкие биологические сенсоры на основе пленок углеродных нанотрубок / К. Ф. Ахмадишина, И. И. Бобринецкий, И. А. Комаров, А. М. Маловичко, В. К. Неволин, В. А. Петухов, А. В. Головин, А. О. Залевский // Российские нанотехнологии. − 2013. − Т. 8, № 11–12. − С. 35—39.

5. Sun, G. Electrochemical chlorine sensor with multi−walled carbon nanotubes as electrocatalysts / Gengzhi Sun, Shiwei Liu, Kaifeng Hua, Xiangyu Lv, Li Huang, Yujiang Wang // Electrochemistry Communications. − 2007. − V. 9, iss. 9. − P. 2436—2440. DOI: 10.1016/j.elecom.2007.07.015.

6. Piloto, C. Room temperature gas sensing properties of ultrathin carbon nanotube films by surfactant−free dip coating / C. Piloto, F. Mirri, E. A. Bengio, M. Notarianni, B. Gupta, M. Shafiei, M. Pasquali, N. Motta // Sensors and Actuators B: Chemical. − 2016. − V. 227. − P. 128—134. DOI: 10.1016/j.snb.2015.12.051

7. Chopra, S. Carbon−nanotube−based resonant−circuit sensor for ammonia / S. Chopra, A. Pham, J. Gaillard, A. Parker, A. M. Rao // Appl. Phys. Lett. − 2002. − V. 80, iss. 24. − P. 4632—4634. DOI: 10.1063/1.1486481

8. Ghosh, S. Carbon nanotube flow sensors / S. Ghosh, A. K. Sood, N. Kumar // Science. − 2003. − V. 299, iss. 5609. − P. 1042— 1044. DOI: 10.1126/science.1079080

9. Kim, S. N. Carbon nanotubes for electronic and electrochemical detection of biomolecules / S. N. Kim, J. F. Rusling, F. Papadimi trakopoulos // Adv. Mater. − 2007. − V. 19, iss. 20. − P. 3214—3228. DOI: 10.1002/adma.200700665

10. Cao, Q. Ultrathin films of single−walled carbon nanotubes for electronics and sensors: a review of fundamental and applied aspects / Q. Cao, J. A. Rogers // Adv. Mater. − 2009. − V. 21, iss. 1. − P. 29—53. DOI: 10.1002/adma.200801995

11. Hsu, H.−L. The synthesis, characterization of oxidized multi−walled carbon nanotubes, and application to surface acoustic wave quartz crystal gas sensor / H.−L. Hsu, J.−M. Jehng, Y. Sung, L.−C. Wang, S.−R. Yang // Materials Chemistry and Physics. − 2008. − V. 109, iss. 1. − P. 148—155. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2007.11.006

12. Wong, S. S. Covalently functionalized nanotubes as nanometer−sized probes in chemistry and biology / S. S. Wong, E. Joselevich, A. T. Woolley, C. L. Cheung, C. M. Lieber // Nature. − 1998. − V. 394. − P. 52—55. DOI: 10.1038/27873

13. Tran, T. H. The gas sensing properties of single−walled carbon nanotubes deposited on an aminosilane monolayer / T. H. Tran, J.−W. Lee, K. Lee, Y. D. Lee, B.−K. Ju // Sensors and Actuators B: Chemical. − 2008. − V. 129, iss. 1. − P. 67—71. DOI: 10.1016/j.snb.2007.07.104

14. Zaporotskova, I. V. Sensor activity of carbon nanotubes with a boundary functional group / I. V. Zaporotskova, N. P. Polikarpova, D. E. Vil’keeva // Nanoscience and Nanotechnology Lett. − 2013. − V. 5, N 11. − P. 1169—1173. DOI: 10.1166/nnl.2013.1704

15. Polikarpova, N. P. About using carbon nanotubes with amino group modification as sensors / N. P. Polikarpova, I. V. Zaporotskova, S. V. Boroznin, P. A. Zaporotskov // Ж. нано− электрон. физ. − 2015. − Т. 7, № 4. − C. 04089–1—04089–3. URL: http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/44562

16. Dewar, M. J. S. Ground states of molecules. 38. The MNDO method. Approximations and parameters / M. J. S. Dewar, W. Thiel // J. Amer. Chem. Soc. − 1977. − V. 99, N 15. − P. 4899—4907. DOI: 10.1021/ja00457a004

17. Dewar, M. J. S. A semiempirical model for the two−center repulsion integrals in the NDDO approximation / M. J. S. Dewar, W. Thiel // Theoret. Chim. Acta. − 1977. − V. 46, N 2. − P. 89—104. DOI: 10.1007/BF00548085

18. Kohn, W. Nobel lecture: Electronic structure of matter− wave functions and density functionals / W. Kohn // Rev. Mod. Phys. − 1999. − V. 71, iss. 5. − P. 1253—1266. DOI: 10.1103/RevModPhys.71.1253

19. Burke, K. Time−dependent density functional theory: past, present, and future / K. Burke, J. Werschnik, E. K. U. Gross // J. Chem. Phys. − 2005. − V. 123, iss. 6. − P. 062206—062214. DOI: 10.1063/1.1904586

20. Jones, R. O. The density functional formalism, its applications and prospects / R. O. Jones, O. Gunnarsson // Rev. Mod. Phys. − 1989. − V. 61, iss. 3. − P. 689—746. DOI: 10.1103/RevModPhys.61.689


Дополнительные файлы

Для цитирования: Борознина Н.П., Запороцкова И.В. О сенсорной активности углеродных нанотрубок, модифицированных карбоксильной, аминной и нитрогруппами, в отношении щелочных металлов. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2016;19(3):204-209. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3-204-209

For citation: Boroznina N.P., Zaporotskova I.V. Comparison of sensor activity in carbon nanotubes modified with functional groups. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2016;19(3):204-209. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3-204-209

Просмотров: 149

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)