Theoretical and experimental studies on the carbon-nanotube surface oxidation by nitric acid: Interplay between functionalization and vacancy enlargement

Chemistry - A European Journal

Volumn 17, Issue 41, 2011, Pages 11467-11477

  Gerber, Iann ^a   Oubenali, Mustapha ^b   Bacsa, Revathi ^b   Durand, Jérôme ^b   Gonçalves, Alexandra ^c   Pereira, M Fernando R ^c   Jolibois, Franck ^a   Perrin, Lionel ^a   Poteau, Romuald ^a   Serp, Philippe ^b  

^a UNIVERSITÉ DE TOULOUSE   (France)

^b UNIVERSITÉ DE TOULOUSE   (France)

^c UNIVERSITY OF PORTO   (Portugal)

Author keywords

carbon nanotubes; density functional calculations; nitric acid; oxidation; reaction mechanisms; surface chemistry

Indexed keywords

ACTIVATION ENERGY; CALCULATIONS; CARBON; CARBON NANOTUBES; CARBOXYLIC ACIDS; FUNCTIONAL GROUPS; NITRIC ACID; OXIDATION; PHENOLS; SURFACE CHEMISTRY; SURFACE REACTIONS; VACANCIES;

CARBON ATOMS; CARBONYL GROUPS; CARBOXYLIC GROUP; COOH GROUP; DENSITY-FUNCTIONAL CALCULATIONS; DIFFERENT MECHANISMS; EXPERIMENTAL DATA; EXPERIMENTAL STUDIES; FIRST-PRINCIPLES CALCULATION; FUNCTIONALIZATIONS; HIGHER TEMPERATURES; MULTI-STEP; NITRIC ACID OXIDATION; REACTION MECHANISM; ROOM TEMPERATURE; SURFACE OXIDATIONS; THEORETICAL ASPECTS;

MULTIWALLED CARBON NANOTUBES (MWCN);

EID: 84961979086     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.201101438     Document Type: Article

References (91)

1. Springer Handbook of Nanotechnology, 3 rd ed., (Ed.: B. Bhushan,), Springer, Berlin, 2010.
2. W. Ahmed, M. J. Jackson, in Emerging Nanotechnologies for Manufacturing (Ed.:, J. Ramsden,), Elsevier, William Andrew Publishing, Oxford, 2009.
3. S. Reich, C. Thomsen, J. Maultzsch, Carbon Nanotubes: Basic Concepts and Physical Properties, Wiley-VCH, Weinheim, 2004.
4. Chemistry of Carbon Nanotubes (Eds.:, V. Basiuk, E. V. A. Basiuk,), American Scientific Publishers, Stevenson Ranch, 2008.
5. Carbon Nanotubes and Related Structures: Synthesis, Characterization, Functionalization, and Applications (Eds.:, D. M. Guldi, N. Martin,), Wiley-VCH, Weinheim, 2010.
6. D. Tasis, N. Tagmatarchis, A. Bianco, M. Prato, Chem. Rev. 2006, 106, 1105-1136.
7. Y. Shirazi, M. Ahmadzadeh Tofighy, T. Mohammadi, A. Pak, Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 7359-7367
8. M. W. Marshall, S. Popa-Nita, J. G. Shapter, Carbon 2006, 44, 1137-1141.
9. S. Tsang, Y. Chen, P. Harris, M. Green, Nature 1994, 372, 159-160.
10. S. Kundu, Y. Wang, W. Xia, M. Muhler, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 16869-16878.
11. A. B. González-Guerrero, E. Mendoza, E. Pellicer, F. Alsina, C. Fernández-Sánchez, L. M. Lechuga, Chem. Phys. Lett. 2008, 462, 256-259.
12. K. A. Worsley, I. Kalinina, E. Bekyarova, R. C. Haddon, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18153-18158.
13. H. Lee, S. Mall, V. Nalladega, S. Sathish, A. Roy, K. Lafdi, Polym. Polym. Compos. 2006, 14, 549-562.
14. J. A. Robinson, E. S. Snow, S. C. Badescu, T. L. Reinecke, F. K. Perkins, Nano Lett. 2006, 6, 1747-1751.
15. C.-C. Hu, J.-H. Su, T.-C. Wen, J. Phys. Chem. Solids 2007, 68, 2353-2362.
16. N. I. Kovtyukhova, T. E. Mallouk, L. Pan, E. C. Dickey, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9761-9769.
17. P. Serp, in Carbon Materials for Catalysis (Eds.:, P. Serp, J. L. J. Figueiredo,), Wiley, New York, 2009, pp. 309-372.
18. B. Scheibe, E. Borowiak-Palen, R. J. Kalenczuk, Mater. Charact. 2010, 61, 185-191.
19. H. F. Gorgulho, J. P. Mesquita, F. Gonaalves, M. F. R. Pereira, J. L. Figueiredo, Carbon 2008, 46, 1544-1555.
20. R. R. N. Marques, B. F. Machado, J. L. Faria, A. M. T. Silva, Carbon 2010, 48, 1515-1523.
21. Z. atvös, G. Onyestyák, A. Hance, I. Kiricsi, L. V. C. Rees, Carbon 2006, 44, 1665-1672.
22. L. Stobinski, B. Lesiak, L. Kover, J. Toth, S. Biniak, G. Trykowski, J. Judek, J. Alloys Compd. 2010, 501, 77-84.
23. Y. Tian, Z. Hu, Y. Yang, X. Chen, W. Ji, Y. Chen, Chem. Phys. Lett. 2004, 388, 259-262.
24. T. I. T. Okpalugo, P. Papakonstantinou, H. Murphy, J. McLaughlin, N. M. D. Brown, Carbon 2005, 43, 153-161.
25. H. Kitamura, M. Sekido, H. Takeuchi, M. Ohno, Carbon 2011, 49, 3851-3856.
26. A. Kuznetsova, I. Popova, J. T. Yates, M. J. Bronikowski, C. B. Huffman, J. Liu, R. E. Smalley, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10699-10704.
27. X. Liang, J. Zhong, Y. Wang, T. Zhao, P. Yao, W. Chu, K. Ibrahim, H. Qian, Z. Wu, J. Synchrotron Radiat. 2009, 16, 428-431.
28. M. L. Toebes, J. M. P. van Heeswijk, J. H. Bitter, A. J. van Dillen, K. P. de Jong, Carbon 2004, 42, 307-315.
29. T. G. Ros, A. J. van Dillen, J. W. Geus, D. C. Koningsberger, Chem. Eur. J. 2002, 8, 1151-1162.
30. W. Xia, D. Su, A. Birkner, L. Ruppel, Y. Wang, C. Woell, J. Qian, C. Liang, G. Marginean, W. Brandle, M. Muhler, Chem. Mater. 2005, 17, 5737-5742.
31. M. T. Martínez, M. A. Callejas, A. M. Benito, M. Cochet, T. Seeger, A. Anson, J. Schreiber, C. Gardon, C. Marhic, O. Chauvet, J. L. G. Fierro, W. K. Maser, Carbon 2003, 41, 2247-2256.
32. J. Zhang, H. Zou, Q. Qing, Y. Yang, Q. Li, Z. Liu, X. Guo, Z. Du, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3712-3718.
33. A. G. Rinzler, J. Liu, H. Dai, P. Nikolaev, C. B. Huffman, F. J. Rodriguez-Macias, P. J. Boul, A. H. Lu, D. Heymann, D. T. Colbert, R. S. Lee, J. E. Fischer, A. M. Rao, P. C. Elkund, R. E. Smalley, Appl. Phys. A 1998, 67, 29-37.
34. G. A. Forrest, A. J. Alexander, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 10792-10798.
35. M. N. Tchoul, W. T. Ford, G. Lolli, D. E. Resasco, S. Arepalli, Chem. Mater. 2007, 19, 5765-5772.
36. H. Hu, B. Zhao, M. E. Itkis, R. C. Haddon, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13838-13842.
37. S. Fogden, R. Verdejo, B. Cottam, M. Shaffer, Chem. Phys. Lett. 2008, 460, 162-167.
38. Y. Yang, H. Zou, B. Wu,;, Q. Li, J. Zhang, Z. Liu, X. Guo, Z. Du, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7160-7169
39. Q. Li, J. Zhang, Z. Liu, X. Guo, Z. Du, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7160-7169.
40. C. Yang, J. S. Park, K. H. An, S. C. Lim, K. Seo, B. Kim, K. A. Park, S. Han, C. Y. Park, Y. H. Lee, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19242-19248.
41. Y. Miyata, Y. Maniwa, H. Kataura, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25-29.
42. A. C. Dillon, T. Gennett, K. M. Jones, J. L. Alleman, P. A. Parilla, M. J. Heben, Adv. Mater. 1999, 11, 1354-1358.
43. V. Datsyuk, M. Kalyva, K. Papagelis, J. Parthenios, D. Tasis, A. Siokou, I. Kallitsis, C. Galiotis, Carbon 2008, 46, 833-840.
44. A. Solhy, B. F. Machado, J. Beausoleil, Y. Kihn, F. Gonaalves, M. F. R. Pereira, J. J. M. Arfao, J. L. Figueiredo, J. L. Faria, P. Serp, Carbon 2008, 46, 1194-1207.
45. H. Yu, Y. Jin, F. Peng, H. Wang, J. Yang, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 6758-6763.
46. C. G. Salzmann, S. A. Llewellyn, G. Tobias, M. A. H. Ward, Y. Huh, M. L. H. Green, Adv. Mater. 2007, 19, 883-887.
47. Z. Wang, M. D. Shirley, T. Meikle, L. D. Whitby, S. V. Mikhalovsky, Carbon 2009, 47, 73-79.
48. J. Zhao, H. Park, J. Han, J. P. Lu, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4227-4230.
49. C. Wang, G. Zhou, H. Liu, J. Wu, Y. Qiu, B.-L. Gu, W. Duan, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 10266-10271.
50. C. Wang, G. Zhou, J. Wu, B.-L. Gu, W. Duan, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 173130.
51. L. B. da Silva, S. B. Fagan, R. Mota, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 8959-8963.
52. R. Larciprete, S. Gardonio, L. Petaccia, S. Lizzit, Carbon 2009, 47, 2579-2589.
53. A. M. da Silva, G. M. A. Junqueira, C. P. A. Anconi, H. F. Dos Santos, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10079-10084.
54. Y. Kanai, V. R. Khalap, P. G. Collins, J. C. Grossman, Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 66401-66404.
55. I. Cabria, M. J. Lopez, J. A. Alonso, J. Chem. Phys. 2008, 128, 214703-214708.
56. K. Balasubramanian, M. Burghard, Small 2005, 1, 180-192.
57. M. Prato, K. Kostarelos, A. Bianco, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 60-68.
58. A. Rodríguez-Fortea, M. Iannuzzi, M. Parrinello, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3477-3484.
59. A. Rodríguez-Fortea, M. Iannuzzi, M. Parrinello, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 2251-2258.
60. S. Berber, A. Oshiyama, Physica B 2006, 376-377, 272-275.
61. J. L. Figueiredo, M. F. R. Pereira, M. M. A. Freitas, J. J. M. arfao, Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, 4110-4115.
62. A. B. González-Guerrero, E. Mendoza, E. Pellicer, F. Alsina, C. Fernández-Sánchez, L. M. Lechuga, Chem. Phys. Lett. 2008, 462, 256-259.
63. I. D. Rosca, F. Watari, M. Uo, T. Akasaka, Carbon 2005, 43, 3124-3131.
64. Y.-C. Chiang, W.-H. Lin, Y.-C. Chang, Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 2401-2410.
65. G. Ghigo, A. Maranzana, G. Tonachini, C. M. Zicovich-Wilson, M. Causà, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3215-3223.
66. J. G. Hoggett, R. B. Moodie, J. R. Penton, K. Schoffield, in Nitration and Aromatic Reactivity, Cambridge University Press, London, 1971.
67. F. Weinhold, C. R. Landis, Chem. Educ. Res. Pract. Eur. 2001, 2, 91-104.
68. A. G. Gonaalves, J. L. Figueiredo, J. J. M. arfao, M. F. R. Pereira, Carbon 2010, 48, 4369-4381.
69. Measurement Issues in Single Wall Carbon Nanotubes, Special Publication Number 960-19 (Eds.: S. Freiman, S. Hooker, K. Migler, S. Arepalli), NIST, Washington D.C., 2008.
70. K. H. An, J. S. Park, C.-M. Yang, S. Y. Jeong, S. C. Lim, C. Kang, J.-H. Son, M. S. Jeong, Y. H. Lee, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5196-5203.
71. A. V. Krasheninnikov, P. O. Lehtinen, A. S. Foster, R. M. Nieminen, Chem. Phys. Lett. 2006, 418, 132-136.
72. C. Jin, K. Suenaga, S. Iijima, Nano Lett. 2008, 8, 1127-1130.
73. M. Corrias, B. Caussat, A. Ayral, J. Durand, Y. Kihn, P. Kalck, P. Serp, Chem. Eng. Sci. 2003, 58, 4475-4482.
74. A. Moranaais, B. Caussat, Y. Kihn, P. Kalck, D. Plee, P. Gaillard, D. Bernard, P. Serp, Carbon 2007, 45, 624-635.
75. J. L. Figueiredo, M. F. R. Pereira, M. M. A. Freitas, J. J. M. arfao, Carbon 1999, 37, 1379-1389.
76. Gaussian 03, Revision B.05, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, J. A. Pople, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004.
77. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868.
78. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396.
79. D. A. McQuarrie, Statistical Mechanics, 2 nd ed., University Science Books, Sausalito, 2000.
80. C. Gonzalez, H. B. Schlegel, J. Phys. Chem. 1990, 94, 5523-5527.
81. S. Miertuš, E. Scrocco, J. Tomasi, Chem. Phys. 1981, 55, 117-129.
82. G. Scalmani, M. J. Frisch, J. Chem. Phys. 2010, 132, 114110.
83. Gaussian 09, Revision A.1, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, a. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.
84. E. S. Böes, J. de Andrade, H. Stassen, P. F. B. Gonaalves, Chem. Phys. Lett. 2007, 436, 362-367.
85. G. Kresse, J. Fürthmuller, Phys. Rev. B 1996, 54, 11169-11186.
86. G. Kresse, J. Fürthmuller, Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50.
87. P. E. Blöchl, Phys. Rev. B 1994, 50, 17953-17979.
88. G. Kresse, D. Joubert, Phys. Rev. B 1999, 59, 1758-1775.
89. G. Mills, H. Jónsson, G. K. Schenter, Surf. Sci. 1995, 324, 305-337.
90. H. Jónsson, G. Mills, K. W. Jacobsen, in Classical and Quantum Dynamics in Condensed Phase Simulations (Eds.:, B. Berne, G. Ciccoti, D. F. Coker,), World Scientific Publishing, Singapore, 1998, pp. 385-404.
91. G. Makov, M. C. Payne, Phys. Rev. B 1995, 51, 4014-4022.