カーボンナノチューブ・酸化鉄ナノ粒子ハイブリッド複合体：生体分子分離用の安定した混合モードクロマトグラフィー材料

要旨

炭素ベースの材料はナノテクノロジーの複数分野における研究の最前線に位置しています。さらに、クロマトグラフィーにおける固定相としての役割も重要性を増しています。本研究では、多層カーボンナノチューブ（CNT）と超常磁性酸化鉄ナノ粒子（SPION）からなる材料を、混合モードクロマトグラフィー材料としての用途に向けて調査しました。その目的は、イオン交換材料である酸化鉄をCNT上に固定化し、大幅な圧力損失なしにクロマトグラフィープロセス用の安定したマトリックスを得ることです。酸化鉄ナノ粒子を共沈殿法で合成し、CNTを装飾するために用いました。これらは酸化されたCNTの壁に結合し、複合材料の磁気分離を可能にします。このハイブリッド材料を透過型電子顕微鏡、磁気測定、X線回折、X線光電子分光、ラマン分光により特性評価しました。また、比表面積と濡れ性も測定しました。さらに、アミノ酸の保持におけるクロマトグラフィー材料としての適用可能性を実証し、水性媒質に囲まれた複雑な多孔質系における様々なアミノ酸の吸着と脱着を記述しました。したがって、この材料はクロマトグラフィーマトリックスとして、また酸化鉄ナノ粒子により磁気バッチ吸着材として使用できます。本研究は複合材料に関する現在の研究に貢献するものです。このような材料は、新規産業用途の開発や既存プロセスの性能向上に不可欠です。

はじめに

1991年に飯島澄男によってカーボンナノチューブ（CNT）が初めて合成されて以来、最も強力なナノ材料の一つとして比類なき台頭を遂げました。CNTの製造はグラフェン層をチューブ状に巻くことに基づいています。CNTの電気的・機械的特性は、層の異なる配向や多層構造によって容易に調整可能です。高い弾性、安定性、熱・電気伝導性に加え、大きな比表面積を併せ持つことから、CNTはナノテクノロジーの最前線に位置しています。CNTの応用は、電池、センサー、高性能材料から薬物送達、廃水処理まで多岐にわたります。多くの応用は、CNTが大きな比表面積と明確な化学構造を持つという独自の吸着特性に基づいています。LongとYangは、ジオキサンと窒素酸化物のガスがCNTに強く吸着される一方で、硫黄酸化物は中程度、二酸化炭素はわずかにしか吸着されないことを観察しました。CNTの高度に疎水性な表面は、ファンデルワールス相互作用を介して非極性ポリマーや環式炭化水素の結合を可能にします。したがって、CNTは疎水性相互作用クロマトグラフィー（HIC）レジンとして利用でき、BiesagaとPyrzynskaはCNTをクロマトグラフィーレジンとして用いてジカンバ除草剤を精製することを実証しました。電気化学的に変調されたクロマトグラフィー用途や、電位スイッチによるイオン交換の制御において、CNTは非常に有望な固定相材料となります。さらに、非極性化合物の抽出材料としての応用も実証されています。しかし、CNTの凝集は抽出プロセスの効率を低下させる可能性があります。超常磁性酸化鉄ナノ粒子（SPION）も、廃水処理や医療における複数の応用が示すように、興味深い吸着特性を持ちます。廃水処理では、酸化鉄ナノ粒子は低コスト、大きな比表面積、錯形成特性により重金属除去などに用いられます。医療では、酸化鉄は磁気共鳴画像の造影剤、薬物送達剤、温熱療法用途として利用できます。したがって、これら2つの材料を混合してそれぞれの有益な特性を組み合わせることは非常に興味深い試みであり、特にCNTの導電性とSPIONの超常磁性は多くの応用分野で価値があります。応用例には、染料や医薬品の磁気固相抽出などがあります。固相抽出と液体クロマトグラフィーの基本要件である大きな比表面積は類似しているため、この材料をクロマトグラフィー分離プロセスへの適合性の観点からテストしました。CNTをSPIONで装飾することは、両親媒性の表面特性により、CNTの分散性と再利用性を向上させる可能性があります。したがって、複合体はCNTと酸化鉄の混合モード機能を統合します。さらに、装飾はこの材料の磁気的・電気的特性にも影響を与えます。また、SPIONの超常磁性により、複合体の磁気分離が可能です。AjayanとIijimaは、ナノ粒子をチューブ内部に充填することでSPIONとCNTの混合を開始しました。他の可能性としては、ポリマーリンカーや乳化剤を介したSPIONのCNTへの結合、溶媒熱合成による酸化鉄ナノ粒子の合成と多層CNTへの直接付着などがあります。現在、CNTへのSPION装飾の主流な方法は、本研究でも用いた酸性カルボキシル化処理をCNTに施した後にSPIONを合成または被着させる方法です。通常、酸化鉄ナノ粒子はカルボキシル化されたCNTによって核形成され、共沈殿またはフェントン反応によって表面上で直接合成されます。カルボキシル化はCNT表面にSPIONの接触点を提供しますが、酸処理はナノチューブの切断を引き起こす可能性があります。SPIONとCNTの最初の組み合わせ以来、複数の応用が試みられてきました。合成における最も困難な点は、均質な複合材料を生成するために酸化鉄ナノ粒子の凝集を制御することです。カルボキシル基を酸化鉄核の天然リガンドとして共沈殿プロセスに利用することは、強い凝集効果を防ぎ、高度に装飾されたナノチューブベースの材料を作製する最良の方法と思われます。したがって、我々は確立された酸化鉄合成ルートを用いてCNTへの付着と装飾を行いました。酸処理によるCNT表面修飾を調査し、酸化鉄ナノ粒子のCNTへの結合を改善しました。磁性ナノ粒子を修飾CNTと混合し、得られた材料を徹底的に特性評価しました。先行研究では、このような材料が有機化合物分離用の抽出マトリックスとして適していることが実証されています。本研究では、得られた材料をクロマトグラフィーレジンとして用い、分析対象としてアミノ酸の結合挙動を研究しました。本研究は、合成材料の濡れ性と、それらを固定相として用いたクロマトグラフィー結果との関係を強調しています。さらに、クロマトグラフィーを材料特性評価や相互作用挙動の理解のための方法論として活用する方向性を示唆しています。

実験

材料

カーボンナノチューブ（Baytubes C 150 P）はドイツのBayer Materials Science AGから入手しました。塩化鉄(III)（FeCl₃·6H₂O）と水酸化ナトリウム（NaOH）はドイツのAppliChem GmbHから、塩化鉄(II)（FeCl₂·4H₂O）はドイツのBernd Kraft GmbHから購入しました。塩酸、硝酸、過酸化水素、硫酸はSigma-Aldrichから入手しました。すべての材料は入手時のまま使用しました。

カルボキシル化CNT（cCNT）の調製

CNT（10 g）を濃硝酸（67%）と濃硫酸（98%）（1:3 v/v）の混合液に分散し、室温で18時間攪拌しました。生成物を脱イオン水で総量2 Lに希釈して反応を停止しました。カルボキシル化CNTをペーパーフィルターで液体から分離し、pH 7になるまで洗浄しました。得られたcCNTを60°Cで一晩乾燥させました。

cCNT上へのSPION共沈殿

Baykalら（2013）と同様のアプローチでcCNTをMNPで装飾しました。乾燥cCNT（2 g）を800 mL脱イオン水中で超音波処理し、チューブを脱凝集させました。懸濁液を室温で350 rpmで攪拌し、FeCl₃·6H₂O（14 g）とFeCl₂·4H₂O（5.2 g）を混合しました。水酸化ナトリウム（2 mol L⁻¹）を加えてpH 9.5に達するまで滴下しました。30分後に反応を停止し、固形分をろ過しました。SPION装飾cCNTをフリーズドライヤーAlpha 1–2 LDplus（Martin Christ Gefriertrocknungsmaschinen GmbH）で凍結乾燥し、その後の分析に供しました。

手法

透過型電子顕微微鏡（TEM）

少量の乾燥ナノチューブを脱イオン水に分散し、Bransonソニファイアで脱凝集させました。懸濁液をTEMグリッドに沈殿させ、JEOL 100 CXで観察しました。各画像で最低100粒子をカウントして微細写真を解析しました。

X線回折（XRD）

乾燥試料をStadi P回折計（STOE & Cie GmbH、ドイツ）で測定しました。MoKα線源（λ = 0.7093 Å）を透過幾何学で用いました。2θ = 2°～50°の範囲でデータを収集しました。STOE WinXPOWソフトウェアでインデックス付けと精密化を行いました。⟨2 2 0⟩反射の半値全幅と位置から、シェレルの式を用いて一次粒子径を決定しました。球状粒子に合致する0.89の係数を採用しました。

X線光電子分光（XPS）

X線光電子分光をLeybold-Heraeus LHS 10 XPSシステムで超高真空（UHV）下、非単色化Al Kα線源（1486.7 eV）を用いて行いました。粉末試料を真空対応銅箔粘着テープに固定しました。スペクトルを定常パスエネルギーモード（100 eV）、半値全幅（FWHM）約1.1 eVで記録しました。C 1s（284.5 eV）ピークをアドベントシャスカーボンとしてエネルギー校正に用いました。C 1s、O 1s、Fe 2p領域のスペクトルを同一領域を30回繰り返し走査して取得し、統計的ノイズを低減しました。すべてのスペクトルは5 × 10⁻⁸ mbar以下の圧力下UHVで記録しました。コアレベルスペクトルをガウス関数（ライン幅0.7 eV）とローレンツ関数（ライン幅0.3 eV）の混合でフィッティングしました。

テンシオメトリー

CNT、cCNT、cCNT-SPIONの接触角をKrüss T100 MK3テンシオメーターで測定しました。高さ2 cmのナノチューブ充填層をすべての試料で均一に圧縮しました。n-ヘキサンの浸透により充填層の毛管現象を測定しました。ジヨードメタン、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、グリセリン、脱イオン水を液体として接触角を測定しました。OWRK法（Owens Wendt Rabel and Kälble）で自由表面エネルギーを算出しました。

吸着実験

pH 7.8の100 mMリン酸緩衝液中で、異なる濃度のL-リシンを用いてSPION、cCNT、cCNT-SPIONの吸着等温線を測定しました。アミノ酸を吸着材とともに25°Cで24時間激しく振盪してインキュベートしました。アミノ酸の異なる濃度を、cCNTまたはcCNT-SPION 1 g L⁻¹、SPION 2 g L⁻¹とインキュベートしました。上清液濃度をCayot法ベースのアッセイで測定しました。この法は、pH 8.5でTNBSAによりアミノ酸を修飾した後の420 nmでの光度検出に基づきます。

クロマトグラフィー実験

CNT、cCNT、cCNT-SPIONの動的結合容量（DBC）を、直径6.6 mm、両側から調整可能で25 μm PEフリットを備えたクロマトグラフィーカラム（Omnifit）で測定しました。すべての試料を流水下で動的に充填し、高さ6～8 cmまで充填しました。クロマトグラフィー実験を0.3 mL min⁻¹の流量で行いました。理論段数相当高さ（HETP）とデッドタイムを、変形ファンデムター式を用いて1 M NaCl溶液で測定しました。さらに、ピーク高さの10%での非対称性を実験前に評価しました。異なるアミノ酸（グリシン、L-リシン、L-ヒスチジン、L-グルタミン酸、L-システイン）のDBCを測定するため、溶液をpH 6で10 mMに調整しました。アミノ酸をダイオードアレイ検出器で200 nmで検出しました。カラムを水30 mLで洗浄後、アミノ酸溶液15 mLをロードし、水20 mLで洗浄、1 M NaCl 20 mLで溶出、さらに水20 mLで再生しました。動的結合容量はピーク最大値の10%で測定しました。すべての実験を三重に行いました。

結果と考察

多層カーボンナノチューブは非常に疎水性であるため、極性の酸化鉄ナノ粒子と強く相互作用しません。CNTをより極性にし、酸化鉄との相互作用を可能にするため、硝酸と硫酸で表面処理を行いました。この処理により表面欠陥と帯電表面基が生成され、これらはナノ粒子共沈殿の核となり、酸化鉄ナノ粒子の結合サイトとして機能します。欠陥サイト生成のための複数の方法と試薬をテストし、ラマン分光で解析しました。ラマン分光は欠陥バンド（D）とグラファイトバンド（G）の比を与えます。GバンドとDバンドの積分比は使用レーザー波長に依存しますが、この比の増加は通常、ナノチューブ表面の酸化の良好な指標となり、CNT表面修飾の最適な方法を特定するのに役立ちます。硝酸単独処理では非常に高いD:G比が得られましたが、硝酸と硫酸の混合ではわずかな比の増加にとどまりました。更なる実験では、最も再現性が高く、クロマトグラフィーカラムへの充填が可能な混合酸処理CNTのみを使用しました。これらをカルボキシル化CNT（cCNT）と呼びます。

cCNT存在下で共沈殿法により合成した酸化鉄ナノ粒子は、cCNTなしで同様に合成した粒子よりわずかに大きい平均サイズを示しました。しかし、サイズ分布は5～20 nmの範囲でより広く、cCNT存在下で合成された粒子はナノチューブに付着していました。合成された複合材料は主に酸化鉄ナノ粒子の特性を示し、均質に装飾されていました。透過型電子顕微鏡で観察される暗いスポットとして存在する酸化鉄ナノ粒子によるcCNTの装飾は、文献とよく一致しています。我々の結果は、より大きなナノ粒子凝集体が画像で観察されないことから、cCNT上へのSPIONの均質な担持を示しています。

TEM images of cCNTs (a) and cCNT-SPIONs (b). Size distribution from four images and a count of minimum 30 particles per picture for each material (c)

室温での磁化測定は、飽和磁化67 emu g⁻¹、磁気残留（< 1 emu g⁻¹）なしの超常磁性複合材料を示しました。飽和磁化は純粋な酸化鉄ナノ粒子よりわずかに低く、ヒステリシス曲線の形状も類似しています。したがって、SPIONとcCNT-SPION複合体の表面層とコア組成は類似しています。複合材料の結晶学的解析は、磁鉄鉱またはマグヘマイトに対応するスピネル構造を示し、CNTの結晶構造は観察されませんでした。CNTとcCNTで見られる11.8°の信号は、六方晶系グラファイト構造の⟨0 0 2⟩反射として指数付けできます。cCNTの酸化鉄ナノ粒子による装飾により、⟨1 1 1⟩ 5.4°、⟨2 2 0⟩ 13.7°、⟨3 1 1⟩ 16.1°、⟨4 0 0⟩ 19.4°、⟨4 2 2⟩ 23.8°、⟨5 1 1⟩ 25.3°、⟨4 4 0⟩ 25.6°の反射が出現します。これらの反射は、面心立方構造の立方相Fe₃O₄（JCPDS No. 89-4319）の標準XRDデータおよび独自の参照SPIONと整合します。複合材料の反射はより大きなFWHMを示し、より小さなシェレル径となります。この挙動は、TEMで観察された複合材料のより大きな粒子サイズ分布と、cCNT表面の追加の核形成サイトで説明できます。より多くの核形成サイトは通常、より小さな一次結晶子をもたらします。磁化と回折パターンは、ポリエチレンイミンやポリアクリル酸による静電的修飾などの他の装飾法ともよく一致します。グラファイトに対応する反射の強度は純粋材料と複合材料で類似しており、有意な変化は観察されません。しかし、酸化鉄構造に対応する反射は、はるかに強い信号を示します。

Magnetic hysteresis curve obtained with a SQUID from -50,000 to 50,000 Oe at 300 K (a) and powder XRD patterns of cCNT-SPIONs, cCNTs, CNTs and SPIONs obtained with a MoKα source (b)

したがって、複合材料はカーボンナノチューブと磁性ナノ粒子の特性を兼ね備えています。非常に表面感度の高いX線光電子分光は、酸化鉄のcCNTへの付着を示しています。ここでは、cCNT-SPIONのFe 2p₃/₂バンドが711 eV、Fe 2p₁/₂が724 eVに最大値を示すため、磁鉄鉱および/またはマグヘマイトが存在します。シェイクアップサテライトの形状も、ヘマタイトではなく磁鉄鉱の存在を示唆しています。O 1s領域は、cCNTとcCNT-SPIONの両方でC–O結合とCOO⁻結合を示し、複合材料ではさらに529.5 eVにFe–O結合に対応するバンドを示します。O 1s領域の炭素-酸素結合は、C 1s領域の観察とよく一致し、こちらも異なる酸化状態の炭素種を示しています。ここでは、カルボキシル基（289 eV）だけでなく、他のC–O結合（286～287.5 eV）や、CNT骨格由来のsp²混成炭素（284.5 eV）も観察されます。

XP spectra in the range of C 1s of cCNTs (a) and cCNT-SPIONs (b). The spectra are fitted with a combination of Gaussian and Lorentzian functions with the program Origin

cCNTのSPIONによる装飾はATR-IR分光でも観察できます。図4では、磁鉄鉱結晶のT₁u振動に対応する550 cm⁻¹のバンドが複合材料で最も顕著です。カルボキシル化CNTでは、カルボキシル基に対応するCOO⁻対称・非対称伸縮振動がそれぞれ1325、1400（s）、1624 cm⁻¹（as）で観察されます。さらに、3250 cm⁻¹付近のO–H伸縮振動はcCNT上のカルボキシル基の存在を示します。cCNT-SPIONでC–O振動に対応するピークの強度が低下し、Fe–O振動に対応する顕著なバンドが現れることは、均質な被覆の良好な指標です。酸化鉄ナノ粒子は赤外放射のより良い吸収体であるため、結果は定量的ではなく、表面の酸化鉄増加とC–O振動バンドの消失の指標のみを示します。

ATR-IR spectra of cCNT-SPIONs and cCNTs

複合材料のゼータ電位は、酸処理により高度に帯電した材料となるはずなのに、裸SPIONのゼータ電位よりわずかに高いだけでした。CNTは水性環境で凝集する傾向があるため、ゼータ電位測定は行えませんでした。複合材料の等電点はpH 7.5で中性域にあり、裸ナノ粒子のpH 6.5と比較されます。この挙動は、cCNTが酸化鉄ナノ粒子で良好に被覆・装飾されていることを示唆し、複合体の他の分析的特性評価を支持します。XPスペクトルでの鉄の出現、IRスペクトルでのFe–O振動の出現、高い飽和磁化、TEMでの高密度材料の出現はすべて、酸化鉄ナノ粒子のcCNTへの成功した付着を指し示します。さらに、pH増減に対するゼータ電位の両親媒性的挙動が両材料で類似しており、これも酸化鉄が最も顕著な表面種であることを示します。キャピラリー上昇法による濡れ実験でも非常に類似した挙動を観察しました。ここでは、複数の溶媒を用いた実験から得られる表面自由エネルギー、極性成分、分散成分が、複合材料と裸酸化鉄ナノ粒子で類似しています。材料の毛管現象は、文献に従いエチレングリコールで裸CNTについて測定しました。他のすべての材料では、表面張力が非常に低いヘキサン（18.4 mJ m⁻²）を用いて毛管現象を測定しました。裸酸化鉄ナノ粒子の全表面自由エネルギーは55.9 mJ m⁻²、複合材料は47.1 mJ m⁻²でした。複合材料はわずかに高い極性成分を持ちます。一方、未処理CNTとcCNTは全く異なる挙動を示します。未処理CNTは高い分散成分表面自由エネルギーを示し、cCNTはOwens Wendt Rabel and Kälble法によれば高度に極性です。この方法では、濡れ液体の極性・分散成分と、キャピラリー上昇実験から導かれる接触角を比較できます。この方法で得られたCNTの表面自由エネルギーは、Baytube CNTでキャピラリー上昇実験を行ったDreselとTeipelの結果よりわずかに高い値です。キャピラリー上昇法によるテンシオメトリー結果は、ナノ材料表面の極性や水との濡れ性などの違いを記述する興味深い指標です。しかし、特にナノ構造表面とナノ構造毛管では、この方法は誤差を含みやすいです。ここで、すべての材料が大きな比表面積を示します。裸酸化鉄ナノ粒子は110 m² g⁻¹、cCNTは228 m² g⁻¹、複合材料は131 m² g⁻¹の比表面積を示します。この比表面積は、cCNT（1.46 g cm⁻¹）、cCNT-SPION（2.38 g cm⁻¹）、SPION（3.8 g cm⁻¹）の密度が大きく異なることを考慮すると、体積比表面積の観点からは類似した範囲にあります。CNTの密度は、カーボンナノチューブの密度変動範囲内で良好に一致します。

Zeta potential of SPIONs and cCNT-SPIONs from pH 4 to 10 (a) and surface free energy obtained from capillary rise experiments with the OWRK method (b)

固相抽出とクロマトグラフィープロセスへの複合材料の利用のために、アミノ酸の静的および動的結合容量を比較しました。本研究の主目的の一つは、酸化鉄ナノ粒子が固定相として機能するクロマトグラフィーシステムで複合材料が使用可能かを検証することでした。裸ナノ粒子は、大きな圧力損失とフィルターを通過する損失の可能性があるため、単独ではクロマトグラフィーカラムの固定相として使用できません。したがって、アミノ酸の裸ナノ粒子への結合挙動は、平衡状態での吸着等温線でのみ比較可能です。図6aに示すように、cCNT-SPIONとSPIONへのL-リシン吸着等温線で類似した挙動が観察されました。平衡結合定数（K_D）は類似した範囲（cCNT-SPION 0.17 g L⁻¹、SPION 0.72 g L⁻¹）でしたが、最大結合容量に大きな差がありました（cCNT-SPION 0.91 g g⁻¹、SPION 0.15 g g⁻¹）。親和性と結合容量の違いは、リシンと負帯電cCNTとの強い静電相互作用、両親媒性酸化鉄との相互作用の違いによって説明できます。しかし、酸化鉄ナノ粒子も通常、PBS緩衝液中でリン酸イオンと錯形成するため負帯電しています。L-リシンを選んだのは、TNBSA法で他のアミノ酸より検出が容易なためです。最大負荷量は、陽イオン性吸着物質（メチレンブルーやアニリン）が酸化鉄装飾CNTに吸着する文献値と類似した範囲です。動的結合容量は逆相液体クロマトグラフィー実験から得られ、cCNTとcCNT-SPIONで大きな違いが観察されました。正帯電のL-リシンはcCNTでより高いDBCを示す一方、負帯電のL-グルタミン酸はcCNT-SPIONで有意に高いDBCを示しました。この挙動は、L-グルタミン酸が酸化鉄ナノ粒子に高い親和性を示す文献とよく一致します。L-リシンのcCNTへの高い親和性は、正帯電アミノ酸と負帯電カルボキシル基修飾ナノチューブとの静電相互作用で説明できます。グリシンはcCNT-SPIONでcCNTより高い動的結合容量を示し、これは酸化鉄表面のより両親媒性な性質で説明できるかもしれません。L-システインの複合材料への高い動的結合容量は、L-システインと鉄イオンの相互作用によるシスチン形成という文献と一致します。L-ヒスチジンは、静電、配位、疎水相互作用が可能なため、すべての材料で高い動的結合容量を示しました。cCNT-SPION充填カラムはCNTとcCNTより高いHETP値を示しましたが、cCNT-SPIONの非対称性はcCNTと類似し、約0.7でブレークスルー曲線の解析が可能な範囲内でした。すべての系の細孔率は0.78～0.94の類似範囲で、逆相クロマトグラフィー実験で用いられる他の固定相とよく一致します。

Static binding capacities of l-lysine with cCNTs, cCNT-SPIONs and SPIONs at pH 7.8 with 100 mM phosphate buffer (a). Dynamic binding capacities at 10% of the breakthrough of cCNT-SPIONs, CNTs and cCNTs obtained from inverse chromatography experiments with different amino acids at pH 6 (b)

結論

本研究では、超常磁性酸化鉄ナノ粒子とカーボンナノチューブを組み合わせた複合材料を合成しました。第一の目的は、複合材料の表面特性を調査し、各初期材料が最終複合体にどの程度寄与しているかを理解することでした。さらに、アミノ酸の保持挙動に焦点を当て、液体クロマトグラフィーによる分子分離へのこのような材料の効果を概念実証的にテストしました。目的は、酸化鉄ナノ粒子の表面反応性と、非常に低い圧力損失をもたらすクロマトグラフィーマトリックスとしてのCNTの充填特性を組み合わせることでした。クロマトグラフィーシステムを確立し、正帯電、負帯電、非帯電アミノ酸の複合材料との相互作用を特性評価することが可能でした。したがって、この材料はCNTベースマトリックスとの相互作用の良好な指標となり得ます。しかし、クロマトグラフィーシステムでの使用だけでなく、記述した装飾手順で得られた高い飽和磁化により、固相抽出などのプロセスにも使用可能です。磁気特性により簡便な磁気分離が可能で、CNTが巨視的構造を制御し、標的分子の表面へのアクセス性を調節します。本研究では、磁気分離と分析クロマトグラフィーの類似性を強調したいと考えました。複数の違いがあるものの、類似した材料と吸着平衡を実証できます。今後のこのユニークな磁性材料の活用において、特にその流体力学的特性は興味深く、クロマトグラフィーでの混合モード応用などで分析すべきです。さらに、複合体の電気的特性は、更なる電気化学的応用への道を開くかもしれません。Tabassumらは、カーボンナノチューブに閉じ込められた金属ベースナノ粒子の複数の応用をレビューし、電気触媒、エネルギー変換・貯蔵デバイスへの機会を示しています。

複合材料の理解と設計、表面および界面特性の記述は困難です。それでも、複合材料は将来的にあらゆる分野での応用において、より高い複雑性への扉を開く力を持っています。クロマトグラフィーは、あらゆる種類の標的化合物への適用性を示し、非常に幅広い方法と処理ソリューションのポートフォリオを提供する、ある意味で先駆的な技術です。本研究で提示するような材料は、特定の処理形態における様々な特性の寄与や、異なる組成の材料が固液界面での相互作用に基づくプロセスの最終出力にどう影響するかを理解するために必要です。

データと材料の入手可能性

本研究で生成・分析されたすべてのデータは、この掲載論文とその補足情報ファイルに含まれています。

略語

BET:

Brunauer Emmet Teller

cCNT:

カルボキシル化カーボンナノチューブ

cCNT-SPIONs:

カルボキシル化カーボンナノチューブと付着した超常磁性酸化鉄ナノ粒子

CNTs:

カーボンナノチューブ

D band:

ダイヤモンドバンド

DBC:

動的結合容量

EMG:

指数関数的に修正されたガウス

FWHM:

半値全幅

HETP:

理論段数相当高さ

G band:

グラファイトバンド

OWRK:

Owens Wendt Rabel Kälble

PBS:

リン酸緩衝生理食塩水

SPIONs:

超常磁性酸化鉄ナノ粒子

TEM:

透過型電子顕微鏡

TNBSA:

2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸

UHV:

超高真空

XPS:

X線光電子分光

XRD:

X線回折