Free energy of solvation of carbon nanotubes in pyridinium-based ionic liquids

文献情報

出版日 2016-06-29
DOI 10.1039/C6CP03497G
インパクトファクター 3.676
著者

Vitaly V. Chaban, Eudes Eterno Fileti


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要旨

Numerous prospective applications require the availability of individual carbon nanotubes (CNTs). Pristine CNTs, strongly hydrophobic in nature, are known to be either totally insoluble or poorly dispersible. While it is unlikely to be possible to prepare a real solution of CNTs in any solvent, the ability of certain solvents to maintain dispersions of CNTs for macroscopic times constitutes great research interest. In the present work, we characterize two pyridinium-based ionic liquids (ILs), N-butylpyridinium chloride [BPY][Cl] and N-butylpyridinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [BPY][TFSI], with respect to their potential to solvate CNTs of different diameters, from the CNT (10,10) to the CNT (25,25). Using a universal methodology, we found that both ILs exhibit essentially the same solvation performance. Solvation of CNTs is strongly prohibited entropically, whereas the energy penalty increases monotonically with the CNT diameter. Weak van der Waals interactions, which guide enthalpy alteration upon the CNT solvation, are unable to compensate for the large entropic penalty from the destruction of the IL–IL electrostatic interactions. The structure of ILs inside and outside CNTs is also discussed. The reported results are necessary for gaining a fundamental understanding of the CNT solvation problems, thereby inspiring the search for more suitable solvents.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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