Applications of one-dimensional nanostructures in energy conversion and biomedical sciences

Abstract

This research explores applications of carbon nanotubes in energy and biomedical sciences. For applications in energy, this research reports the synthesis and characterization of one-dimensional silver nanostructures using single-wall carbon nanotubes (SWCNT) as a template material. Transmission electron microscopy (TEM) and scanning tunneling microscopy (STM) results are consistent with the formation of a one-dimensional array of silver particles on SWCNT. The correlation of the UV/Vis spectral results with those derived from the TEM and STM images analysis provides further insights into the silver nanostructures optical properties and morphology. There is evidence for the excitation of the longitudinal silver plasmon mode in the optical absorption spectra of the Ag-SWCNT dispersions, even at the lowest silver concentrations. The obtained results indicate that silver deposits on SWCNT have the potential to be light-to-energy conversion devices through the coupling of the electric field excited in arrays of plasmonic particles. In order to explore the nanotubes properties for the biomedical sciences field, single-wall and multi-wall carbon nanotubes were functionalized with amino groups. The functionalization makes possible the study of the tubes’ interaction with the myoglobin protein in aqueous solution. The UV/Vis data obtained suggests that there are protein-nanotubes interactions.

Este trabajo investiga aplicaciones de nanotubos de carbono en energía y ciencias biomédicas. En aplicaciones de energía, se reporta la síntesis y caracterización de nanoestructuras unidimensionales de plata utilizando nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) como material de templado. Resultados de microscopía de transmisión electrónica (TEM) y de rastreo por tunelaje (STM) son consistentes con un arreglo unidimensional de partículas de plata sobre los nanotubos de carbono. La correlación de los resultados obtenidos con UV/Vis y las imágenes obtenidas con el análisis de TEM y STM proveen información sobre las propiedades ópticas y morfología de las nanoestructuras de plata. Se observa evidencia de la excitación del modo longitudinal del plasmón de plata en el espectro de absorción óptico de dispersiones de Ag-SWCNT, aún a las menores concentraciones de plata. Los resultados obtenidos indican que los depósitos de plata sobre los SWCNT tienen potencial de dispositivos para la conversión de luz a energía a través del acoplamiento del campo electromagnético excitado en arreglos de partículas plasmónicas. En ciencias biomédicas, nanotubos de carbono de pared simple y pared múltiple fueron funcionalizados con grupos amino. La funcionalización hace posible el estudio de la interacción de los tubos con la proteína mioglobina en solución acuosa. Los datos de UV/Vis obtenidos sugieren interacciones proteína-nanotubos.