Molecular insights into the surface morphology, layering structure, and aggregation kinetics of surfactant-stabilized graphene dispersions

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 32, 2011, Pages 12810-12823

  Lin, Shangchao ^a,b   Shih, Chih Jen ^a   Strano, Michael S ^a   Blankschtein, Daniel ^a  

^a MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

^b Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AGGREGATION KINETICS; AQUEOUS DISPERSIONS; BAND GAPS; BI-LAYER; BINDING AFFINITIES; COLLOID AGGREGATION; DERJAGUIN-LANDAU-VERWEY-OVERBEEK THEORIES; DISPERSION STABILITY; ELECTROSTATIC POTENTIALS; ELECTROSTATIC REPULSION; EXPERIMENTAL MEASUREMENTS; FUNCTIONALIZATION PROCESS; FUNCTIONALIZATIONS; GRAPHENE LAYERS; GRAPHENE SHEETS; KINETIC MODELS; MOLECULAR INSIGHTS; MOLECULAR LEVELS; MOLECULAR SIMULATIONS; NANOTUBE FUNCTIONALIZATION; NUMBER OF LAYERS; POTENTIAL OF MEAN FORCE; PRINTABLE ELECTRONICS; RE-AGGREGATION; SODIUM CHOLATE; STERIC HINDRANCES; SURFACTANT MOLECULES; SURFACTANT-STABILIZED; SYNTHESIS METHOD; THEORETICAL MODELING; TIME-DEPENDENT; TRILAYERS; TURBOSTRATIC;

AGGLOMERATION; BINDING ENERGY; CARBON NANOTUBES; CHEMICAL REACTIONS; COLLOID CHEMISTRY; COLLOIDS; ELECTRIC FAULT CURRENTS; ELECTROSTATICS; KINETIC THEORY; KINETICS; MONOLAYERS; MORPHOLOGY; NANOCOMPOSITES; QUALITY CONTROL; SOLUTIONS; SURFACE ACTIVE AGENTS; SURFACE MORPHOLOGY; TWO DIMENSIONAL;

GRAPHENE;

CARBON NANOTUBE; CHOLIC ACID; GRAPHENE; NANOCOMPOSITE;

AQUEOUS SOLUTION; ARTICLE; DISPERSION; MOLECULAR DYNAMICS; SIMULATION; STATIC ELECTRICITY; THEORETICAL MODEL;

EID: 80051580058     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja2048013     Document Type: Article

References (67)

1. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666-669
2. Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183-191
3. Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.; Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 10451-10453
4. Berger, C.; Song, Z. M.; Li, X. B.; Wu, X. S.; Brown, N.; Naud, C.; Mayou, D.; Li, T. B.; Hass, J.; Marchenkov, A. N.; Conrad, E. H.; First, P. N.; de Heer, W. A. Science 2006, 312, 1191-1196
5. Kim, K. S.; Zhao, Y.; Jang, H.; Lee, S. Y.; Kim, J. M.; Kim, K. S.; Ahn, J. H.; Kim, P.; Choi, J. Y.; Hong, B. H. Nature 2009, 457, 706-710
6. Coleman, J. N. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3680-3695
7. Park, S.; Ruoff, R. S. Nature Nanotechnol. 2009, 4, 217-224
8. Hernandez, Y. Nature Nanotechnol. 2008, 3, 563-568
9. Blake, P.; Brimicombe, P. D.; Nair, R. R.; Booth, T. J.; Jiang, D.; Schedin, F.; Ponomarenko, L. A.; Morozov, S. V.; Gleeson, H. F.; Hill, E. W.; Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nano Lett. 2008, 8, 1704-1708
10. Mohanty, N.; Berry, V. Nano Lett. 2008, 8, 4469-4476
11. Ohno, Y.; Maehashi, K.; Yamashiro, Y.; Matsumoto, K. Nano Lett. 2009, 9, 3318-3322
12. Cheng, Z. G.; Li, Q.; Li, Z. J.; Zhou, Q. Y.; Fang, Y. Nano Lett. 2010, 10, 1864-1868
13. Lotya, M.; Hernandez, Y.; King, P. J.; Smith, R. J.; Nicolosi, V.; Karlsson, L. S.; Blighe, F. M.; De, S.; Wang, Z. M.; McGovern, I. T.; Duesberg, G. S.; Coleman, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3611-3620
14. Lotya, M.; King, P. J.; Khan, U.; De, S.; Coleman, J. N. ACS Nano 2010, 4, 3155-3162
15. Green, A. A.; Hersam, M. C. Nano Lett. 2009, 9, 4031-4036
16. Green, A. A.; Hersam, M. C. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 544-549
17. Zhang, Y.; Tang, T.-T.; Girit, C.; Hao, Z.; Martin, M. C.; Zettl, A.; Crommie, M. F.; Shen, Y. R.; Wang, F. Nature 2009, 459, 820-823
18. Craciun, M. F.; Russo, S.; Yamamoto, M.; Oostinga, J. B.; Morpurgo, A. F.; Thrucha, S. Nature Nanotechnol. 2009, 4, 383-388
19. Faugeras, C.; Nerriere, A.; Potemski, M.; Mahmood, A.; Dujardin, E.; Berger, C.; de Heer, W. A. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 011914
20. Castro Neto, A. H.; Guinea, F.; Peres, N. M. R.; Novoselov, K. S.; Geim, A. K. Rev. Mod. Phys. 2009, 81, 109
21. dos Santos, J. M. B. L.; Peres, N. M. R.; Castro, A. H. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 256802
22. Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G. Adv. Phys. 1981, 30, 139-326
23. Li, X. L.; Zhang, G. Y.; Bai, X. D.; Sun, X. M.; Wang, X. R.; Wang, E.; Dai, H. J. Nature Nanotechnol. 2008, 3, 538-542
24. Ang, P. K.; Wang, S.; Bao, Q. L.; Thong, J. T. L.; Loh, K. P. ACS Nano 2009, 3, 3587-3594
25. Lee, J. H.; Shin, D. W.; Makotchenko, V. G.; Nazarov, A. S.; Fedorov, V. E.; Kim, Y. H.; Choi, J. Y.; Kim, J. M.; Yoo, J. B. Adv. Mater. 2009, 21, 1-5
26. Li, X. L.; Wang, X. R.; Zhang, L.; Lee, S. W.; Dai, H. J. Science 2008, 319, 1229-1232
27. Behabtu, N.; Lomeda, J. R.; Green, M. J.; Higginbotham, A. L.; Sinitskii, A.; Kosynkin, D. V.; Tsentalovich, D.; Parra-Vasquez, A. N. G.; Schmidt, J.; Kesselman, E.; Cohen, Y.; Talmon, Y.; Tour, J. M.; Pasquali, M. Nature Nanotechnol. 2010, 5, 406-411
28. Zheng, J. A.; Di, C. A.; Liu, Y. Q.; Liu, H. T.; Guo, Y. L.; Du, C. Y.; Wu, T.; Yu, G.; Zhu, D. B. Chem. Commun. 2010, 46, 5728-5730
29. Lee, J. H.; Shin, D. W.; Makotchenko, V. G.; Nazarov, A. S.; Fedorov, V. E.; Yoo, J. H.; Yu, S. M.; Choi, J. Y.; Kim, J. M.; Yoo, J. B. Small 2010, 6, 58-62
30. Shih, C.-J.; Vijayaraghavan, A.; Krishnan, R.; Sharma, R.; Han, J.-H.; Ham, M.-H.; Jin, Z.; Lin, S.; Paulus, G. L. C.; Reuel, N. F.; Wang, Q. H.; Blankschtein, D.; Strano, M. S. Nature Nanotechnol. 2011, 6, 439-445
31. Sharma, R.; Baik, J. H.; Perera, C. J.; Strano, M. S. Nano Lett. 2010, 10, 398-405
32. Lomeda, J. R.; Doyle, C. D.; Kosynkin, D. V.; Hwang, W. F.; Tour, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16201-16206
33. Nair, N.; Kim, W. J.; Usrey, M. L.; Strano, M. S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3946-3954
34. Usrey, M. L.; Lippmann, E. S.; Strano, M. S. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16129-16135
35. Sammalkorpi, M.; Panagiotopoulos, A. Z.; Haataja, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 2915-2921
36. Tummala, N. R.; Striolo, A. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 1987-2000
37. Tummala, N. R.; Striolo, A. Phys. Rev. E 2009, 80, 021408
38. Shih, C.-J.; Lin, S.; Strano, M. S.; Blankschtein, D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14638-14648
39. Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435-447
40. Cheng, A.; Steele, W. A. J. Chem. Phys. 1990, 92, 3858-3866
41. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269-6271
42. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225-11236
43. Lin, S.; Blankschtein, D. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 15616-15625
44. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952-962
45. Hess, B. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 116-122
46. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092
47. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8593
48. Bussi, G.; Donadio, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 014101
49. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; Vangunsteren, W. F.; Dinola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690
50. Sasaki, Y.; Nagata, H. D.; Fujii, Y. K.; Lee, S.; Nagadome, S.; Sugihara, G. Colloids Surf. B 1997, 9, 169-176
51. Israelachvili, J. N. Intermolecular and surface forces; Academic Press: London, 1991.
52. Gurtovenko, A. A.; Vattulainen, I. J. Chem. Phys. 2009, 130, 215107
53. Xu, Z. J.; Yang, X. N.; Yang, Z. Nano Lett. 2010, 10, 985-991
54. Ingle, J. D.; Crouch, S. R. Spectrochemical analysis; Prentice Hall: Englewood Cliffs, N.J., 1988.
55. Tanford, C. The hydrophobic effect: formation of micelles and biological membranes, 2 nd ed.; Krieger: Malabar, 1991.
56. Choudhury, N.; Pettitt, B. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3556-3567
57. Knecht, V.; Risselada, H. J.; Mark, A. E.; Marrink, S. J. J. Colloid Interface Sci. 2008, 318, 477-486
58. Hiemenz, P. C.; Rajagopalan, R. Principles of colloid and surface chemistry, 3 rd ed.; Marcel Dekker: New York, 1997.
59. Smith, R. J.; Lotya, M.; Coleman, J. N. New J. Phys. 2010, 12, 125008
60. Khair, A. S.; Squires, T. M. J. Fluid Mech. 2009, 640, 343-356
61. Hui, Z. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 8389-8397
62. Israelachvili, J. N. Philos. Mag. A 1981, 43, 753-770
63. Horn, R. G.; Israelachvili, J. N. J. Chem. Phys. 1981, 75, 1400-1411
64. Israelachvili, J. N.; Tandon, R. K.; White, L. R. J. Colloid Interface Sci. 1980, 78, 430-443
65. Pashley, R. M.; Israelachvili, J. N. Colloids Surf. 1981, 2, 169-187
66. Fuchs, N. Z. Phys. Chem., Abt. A 1934, 171, 199-208
67. Seo, J. W. T.; Green, A. A.; Antaris, A. L.; Hersam, M. C. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1004-1008