Странная реакция вызвала переполох в лаборатории

May 26, 2023

29 марта 2019 г.

Майк Уильямс, Университет Райса

Мешалки, которые смешивают сливки с кофе, вероятно, не имеют большого значения для напитка. Но в химической лаборатории оказывается, что использование неправильной мешалки может исказить результаты науки.

Ученые из Университета Райса определили, что мешалки, изготовленные из ПТФЭ, более известного как тефлон, могут вносить ошибки в стандартную лабораторную реакцию, используемую для управления свойствами углеродных или нитридных нанотрубок бора.

Мешалки представляют собой стержни в форме гранул из ферромагнитного металла, покрытые ПТФЭ, которые находятся на дне стакана и вращаются вращающимся магнитным полем. Они позволяют смешивать раствор в закрытой колбе без ручного перемешивания.

Лаборатория Риса Анхеля Марти опубликовала в журнале Американского химического общества ACS Omega статью, в которой описывается, что происходит, когда мешалки из ПТФЭ используются для функционализации нанотрубок посредством восстановления Биллапса-Берча, давно используемой реакции, частично разработанной Райс, почетным профессором химии Эдвардом. Биллапса, который освобождает электроны для связи с другими атомами.

Восстановление часто используется для того, чтобы сделать нанотрубки более поддающимися функционализации — процессу их настройки для применения путем добавления молекул, таких как белки. Это может быть так же просто, как диспергировать нанотрубки в химической ванне, наполненной молекулами, которые вы хотите добавить. По словам исследователей, Биллапс-Берч — один из таких методов: одноэтапный процесс, используемый для функционализации нанотрубок различными молекулами.

Когда они использовали его для модификации нанотрубок из нитрида бора, исследователи были удивлены, увидев, что их трубки стали серыми, а стержни мешалки из ПТФЭ стали черными. Стандартный термогравиметрический анализ, которого обычно достаточно, чтобы увидеть доказательства функционализации, не обнаружил ничего плохого, но исследователи это заметили.

«Кроме этого, мы не смогли добиться стабильных результатов», — сказал Марти. «Иногда мы получали очень высокую функционализацию — или кажущуюся функционализацию — а иногда нет. Это было действительно странно».

Они обнаружили, что литий в растворителе на основе аммиака, использованном в реакции Биллапса-Берча, вступал в реакцию с белым ПТФЭ из брусков, делая их черными.

«Поскольку углеродные нанотрубки черные, легко поверить, что нанотрубки отлагались на стержнях в ходе реакции», — сказал Марти. «Но этого не происходит. Мы обнаружили, что в условиях Биллапса-Берча ПТФЭ реагирует.

«Тефлон обычно ни на что не реагирует», — сказал он. «Вот почему его используют в мешалках и кухонной посуде. Вот почему также легко не заметить то, что мы видели в лаборатории».

Марти сказал, что поиск литературы не дал никаких результатов относительно отказа от использования ПТФЭ в Биллапс-Берч.

«Это тоже было странно», — сказал он. «Может быть, все остальные знают, но на всякий случай мы решили изучить проблему. Вот почему мы решили написать статью».

Исследователи подозревают, что неожиданная реакция с тефлоном приводит к образованию радикалов, которые снижают эффективность реакции и могут атаковать нитрид бора или углеродные нанотрубки. А пока их быстрое решение проблемы, пожалуй, самое простое.

«Теперь мы используем мешалки со стеклянным покрытием», — сказал Марти. «Стекло полностью инертно. Это дает нам воспроизводимость и хорошую функциональность».

Больше информации: Карлос А. де лос Рейес и др., «Неблагоприятное влияние мешалок из ПТФЭ на ковалентную функционализацию нанотрубок из углерода и нитрида бора с использованием условий восстановления Биллапса-Берча», ACS Omega (2019). DOI: 10.1021/acsomega.8b03677

Информация журнала:САУ Омега

Предоставлено Университетом Райса