이상한 반응이 실험실을 뒤흔들다

Jun 01, 2023

2019년 3월 29일

라이스대학교 마이크 윌리엄스(Mike Williams)

커피에 크림을 섞는 교반기는 아마도 음료에 큰 차이를 만들지 않을 것입니다. 그러나 화학 실험실에서는 잘못된 교반기를 사용하면 과학이 왜곡될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

라이스 대학교 과학자들은 일반적으로 테플론으로 알려진 PTFE로 만든 교반 막대가 탄소 또는 질화붕소 나노튜브의 특성을 조작하는 데 사용되는 표준 실험실 반응에 오류를 일으킬 수 있다는 사실을 확인했습니다.

교반 막대는 PTFE로 덮인 펠릿 모양의 강자성 금속 막대로, 비커 바닥에 위치하며 회전 자기장에 의해 회전됩니다. 수동으로 저어주지 않고도 닫힌 플라스크에서 용액을 혼합할 수 있습니다.

Angel Martí의 Rice 연구실은 American Chemical Society 저널 ACS Omega에 PTFE 교반 막대를 사용하여 Billups-Birch 환원을 통해 나노튜브를 기능화할 때 어떤 일이 발생하는지 설명하는 논문을 발표했습니다. 이 반응은 Rice 명예 교수 Edward가 부분적으로 개발한 오랫동안 사용된 반응입니다. 다른 원자와 결합할 수 있도록 전자를 자유롭게 하는 빌업입니다.

환원은 종종 나노튜브를 기능화하기 쉽게 만드는 데 사용됩니다. 이는 단백질과 같은 분자를 추가하여 응용 분야에 맞게 맞춤화하는 과정입니다. 이는 추가하려는 분자가 들어 있는 화학조에 나노튜브를 분산시키는 것만큼 간단할 수 있습니다. 연구진에 따르면 Billups-Birch는 다양한 분자로 나노튜브를 기능화하는 데 사용되는 1단계 공정인 그러한 방법 중 하나입니다.

질화붕소 나노튜브를 수정하기 위해 이를 사용했을 때, 연구원들은 튜브가 회색으로 변하고 PTFE 교반 막대가 검은색으로 변하는 것을 보고 놀랐습니다. 일반적으로 기능화의 증거를 확인하는 데 적합한 표준 열중량 분석에서는 잘못된 점을 발견하지 못했지만 연구자들은 발견했습니다.

"그 외에도 우리는 일관된 결과를 얻을 수 없었습니다."라고 Martí는 말했습니다. "때때로 우리는 매우 높은 기능화 또는 명백한 기능화를 얻었지만 때로는 그렇지 않았습니다. 정말 이상했습니다."

그들은 Billups-Birch 반응에 사용된 암모니아 기반 용매의 리튬이 막대의 흰색 PTFE와 반응하여 검은색으로 변한다는 사실을 발견했습니다.

"탄소 나노튜브는 검은색이기 때문에 나노튜브가 반응 내내 막대에 침착되었다고 믿기 쉽습니다"라고 Martí는 말했습니다. "하지만 그런 일은 일어나지 않습니다. 우리는 Billups-Birch 조건에서 PTFE가 반응한다는 것을 발견했습니다.

"테플론은 일반적으로 어떤 것에도 반응하지 않습니다"라고 그는 말했습니다. "이것이 바로 이것이 볶음 바와 조리기구에 사용되는 이유입니다. 이것이 바로 우리가 실험실에서 본 일을 간과하기 쉬운 이유입니다."

Martí는 문헌을 검색해 본 결과 Billups-Birch에서 PTFE를 피하는 것과 관련된 내용은 아무것도 나오지 않았다고 말했습니다.

"그것도 이상했다"고 그는 말했다. "어쩌면 다른 사람들도 다 알고 있을 것입니다. 하지만 만일을 대비해 우리가 문제를 조사하기로 결정했습니다. 그래서 우리는 논문을 쓰기로 결정했습니다."

연구자들은 테플론과의 예상치 못한 반응이 반응 효율을 감소시키고 질화붕소나 탄소 나노튜브를 공격할 수 있는 라디칼을 생성하고 있다고 의심합니다. 그 사이에는 문제에 대한 빠른 해결책이 아마도 가장 간단할 것입니다.

"이제 우리는 유리 코팅된 교반 막대를 사용합니다"라고 Martí는 말했습니다. "유리는 완전히 불활성입니다. 이는 우리에게 재현성과 우수한 기능화를 제공합니다."

추가 정보: Carlos A. de los Reyes 외, Billups-Birch 환원 조건을 사용하여 탄소 및 질화붕소 나노튜브의 공유 기능화에 대한 PTFE 교반 막대의 역효과, ACS Omega(2019). DOI: 10.1021/acsomega.8b03677

저널 정보:ACS 오메가

라이스대학교 제공