We have studied the mechanism of covalent cross linking between carbon nanotubes functionalized with thiocarboxylic and dithiocarboxylic esters. The interconnected nanotube structures were modeled using density functional theory combined with the pseudopotential approximation. Our calculations revealed the important role of surface defects when forming chemical bonds that connect nanotubes to each other. The strength and stability of intertube bonds increased in the vicinity of defect sites. The computed binding energies and potential energy profiles of linked nanotubes were found to be sensitive to the choice of exchange-correlation functional used within the density functional formalism. The observed sensitivity could be explained by a nonuniform distribution of the electronic charge density near defect sites. This result suggests that gradient-corrected functionals are essential for accurate theoretical modeling of functionalized carbon nanotubes and nanotube-based composites.

1.
P. M.
Ajayan
,
Chem. Rev.
99
,
1787
(
1999
).
2.
C. N. R.
Rao
,
B. C.
Satishkumar
,
A.
Govindaraj
, and
M.
Nath
,
ChemPhysChem
2
,
78
(
2001
).
3.
J.
Bernholc
,
D.
Brenner
,
M. B.
Nardelli
,
V.
Meunier
, and
C.
Roland
,
Annu. Rev. Mater. Res.
32
,
347
(
2002
).
4.
S. A.
Curran
,
P. M.
Ajayan
,
W. J.
Blau
,
D. L.
Carroll
,
J. N.
Coleman
,
A. B.
Dalton
,
A. P.
Davey
,
A.
Drury
,
B.
McCarthy
,
S.
Maier
, and
A.
Strevens
,
Adv. Mater.
10
,
1091
(
1998
).
5.
L.
Dai
and
A. W. H.
Mau
,
Adv. Mater.
13
,
899
(
2001
).
6.
M. S.
Dresselhaus
,
G.
Dresselhaus
, and
Ph.
Avouris
,
Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties, and Applications
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
2001
).
7.
D.
Qian
,
E. C.
Dickey
,
R.
Andrews
, and
T.
Rantell
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2868
(
2000
).
8.
M. J.
Biercuk
,
M. C.
Llaguno
,
M.
Radosavljevic
,
J. K.
Hyun
,
A. T.
Johnson
, and
J. E.
Fischer
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
2767
(
2002
).
9.
M.
Cadek
,
J. N.
Coleman
,
V.
Barron
,
K.
Hedicke
, and
W. J.
Blau
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
5123
(
2002
).
10.
R.
Blake
,
Y. K.
Gun’ko
,
J. N.
Coleman
,
M.
Cadek
,
A.
Fonseca
,
J. B.
Nagy
, and
W. J.
Blau
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
10226
(
2004
).
11.
M.
Cadek
,
J. N.
Coleman
,
K. P.
Ryan
,
V.
Nicolosi
,
G.
Bister
,
A.
Fonseca
,
J. B.
Nagy
,
K.
Szostak
,
F.
Beguin
, and
W. J.
Blau
,
Nano Lett.
4
,
353
(
2004
).
12.
G.
de la Torre
,
W.
Blau
, and
T.
Torres
,
Nanotechnology
14
,
765
(
2003
); and references therein.
13.
A.
Thess
,
R.
Lee
,
P.
Nikolaev
,
H. J.
Dai
,
P.
Petit
,
J.
Robert
,
C. H.
Xu
,
Y. H.
Lee
,
S. G.
Kim
,
A. G.
Rinzler
,
D. T.
Colbert
,
G. E.
Scuseria
,
D.
Tomanek
,
J. E.
Fischer
, and
R. E.
Smalley
,
Science
273
,
483
(
1996
).
14.
E. T.
Mickelson
,
C. B.
Huffman
,
A. G.
Rinzler
,
R. E.
Smalley
,
R. H.
Hauge
, and
J. L.
Margrave
,
Chem. Phys. Lett.
296
,
188
(
1998
).
15.
E. T.
Mickelson
,
I. W.
Chiang
,
J. L.
Zimmerman
,
P. J.
Boul
,
J.
Lozano
,
J.
Liu
,
R. E.
Smalley
,
R. H.
Hauge
, and
J. L.
Margrave
,
J. Phys. Chem. B
103
,
4318
(
1999
).
16.
P. J.
Boul
,
J.
Liu
,
E. T.
Mickelson
,
C. B.
Huffman
,
L. M.
Ericson
,
I. W.
Chiang
,
K. A.
Smith
,
D. T.
Colbert
,
R. H.
Hauge
,
J. L.
Margrave
, and
R. E.
Smalley
,
Chem. Phys. Lett.
310
,
367
(
1999
).
17.
S.
Pekker
,
J. P.
Salvetat
,
E.
Jakab
,
J. M.
Bonard
, and
L.
Forro
,
J. Phys. Chem. B
105
,
7938
(
2001
).
18.
Y.
Chen
,
R. C.
Haddon
,
S.
Fang
,
A. M.
Rao
,
P. C.
Eklund
,
W. H.
Lee
,
E. C.
Dickey
,
E. A.
Grulke
,
J. C.
Pendergrass
,
A.
Chavan
,
B. E.
Haley
, and
R. E.
Smalley
,
J. Mater. Res.
13
,
2423
(
1998
).
19.
H. S.
Kang
,
J. Chem. Phys.
121
,
6967
(
2004
).
20.
M.
Holzinger
,
O.
Vostrowsky
,
A.
Hirsch
,
F.
Hennrich
,
M.
Kappes
,
R.
Weiss
, and
F.
Jellen
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
40
,
4002
(
2001
).
21.
V.
Georgakilas
,
K.
Kordatos
,
M.
Prato
,
D. M.
Guldi
,
M.
Holzinger
, and
A.
Hirsch
,
J. Am. Chem. Soc.
124
,
760
(
2002
).
22.
J. L.
Bahr
,
J.
Yang
,
D. V.
Kosynkin
,
M. J.
Bronikowski
,
R. E.
Smalley
, and
J. M.
Tour
,
J. Am. Chem. Soc.
123
,
6536
(
2001
).
23.
S. E.
Kooi
,
U.
Schlecht
,
M.
Burghard
, and
K.
Kern
,
Angew. Chem. Int. Ed. Engl.
41
,
1353
(
2002
).
24.
J. L.
Bahr
and
J. M.
Tour
,
Chem. Mater.
13
,
3823
(
2001
).
25.
S. A.
Curran
,
J.
Cech
,
D.
Zhang
,
J. L.
Dewald
,
A.
Avadhanula
,
M.
Kandadai
, and
S.
Roth
,
J. Mater. Res.
21
,
1012
(
2006
).
26.
S. A.
Curran
,
D.
Zhang
,
W. T.
Wondmaqegn
,
A. V.
Ellis
,
J.
Cech
,
S.
Roth
, and
D. L.
Carroll
,
J. Mater. Res.
21
,
1071
(
2006
).
27.
V.
Lordi
,
N.
Yao
, and
J.
Wei
,
Chem. Mater.
13
,
733
(
2001
).
28.
Y.
Li
,
C.
Xu
,
B.
Wei
,
X.
Zhang
,
M.
Zheng
,
D.
Wu
, and
P. M.
Ajayan
,
Chem. Mater.
14
,
483
(
2002
).
29.
S. A.
Curran
,
A. V.
Ellis
,
A.
Vijayaraghavan
, and
P. M.
Ajayan
,
J. Chem. Phys.
120
,
4886
(
2004
).
30.
A.
Sudalai
,
S.
Kanagasabapathy
, and
B. C.
Benicewicz
,
Org. Lett.
2
,
3213
(
2000
).
31.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
);
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
32.
J. R.
Chelikowsky
,
N.
Troullier
, and
Y.
Saad
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
1240
(
1994
);
[PubMed]
J. R.
Chelikowsky
,
N.
Troullier
,
K.
Wu
, and
Y.
Saad
,
Phys. Rev. B
50
,
11355
(
1994
).
33.
N.
Troullier
and
J. L.
Martins
,
Phys. Rev. B
43
,
1993
(
1991
);
L.
Kleinman
and
D. M.
Bylander
,
Phys. Rev. Lett.
48
,
1425
(
1982
).
34.
D. M.
Ceperley
and
B. J.
Alder
,
Phys. Rev. Lett.
45
,
566
(
1980
);
J. P.
Perdew
and
A.
Zunger
,
Phys. Rev. B
23
,
5048
(
1981
).
35.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
36.
See, for example,
J. P.
Perdew
,
J. A.
Chevary
,
S. H.
Vosko
,
K. A.
Jackson
,
M. R.
Pederson
,
D. J.
Singh
, and
C.
Fiolhais
,
Phys. Rev. B
46
,
6671
(
1992
);
J. P.
Perdew
,
J. A.
Chevary
,
S. H.
Vosko
,
K. A.
Jackson
,
M. R.
Pederson
,
D. J.
Singh
, and
C.
Fiolhais
,
Phys. Rev. B
48
,
4978
(
1993
);
V.
Ozolins
and
M.
Körling
,
Phys. Rev. B
48
,
18304
(
1993
);
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
96
,
2155
(
1992
);
B.
Hammer
,
K. W.
Jacobsen
, and
J. K.
Norskov
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
3971
(
1993
);
[PubMed]
B.
Hammer
and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
3487
(
1995
);
[PubMed]
D. R.
Hamann
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
660
(
1996
);
[PubMed]
P. H. T.
Philipsen
,
G.
te Velde
, and
E. J.
Baerends
,
Chem. Phys. Lett.
226
,
583
(
1994
).
37.
I.
Vasiliev
and
S. A.
Curran
,
Phys. Rev. B
73
,
165420
(
2006
).
38.
K.
Mylvaganam
and
L. C.
Zhang
,
J. Phys. Chem. B
108
,
15009
(
2004
).
39.
L.
Lou
,
L.
Österlung
, and
B.
Hellsing
,
J. Chem. Phys.
112
,
4788
(
2000
).
40.
A. J.
Stone
and
D. J.
Wales
,
Chem. Phys. Lett.
128
,
501
(
1986
).
41.
S. A.
Curran
,
J. A.
Talla
,
D.
Zhang
, and
D. L.
Carroll
,
J. Mater. Res.
20
,
3368
(
2005
).
42.
C.
Wang
,
G.
Zhou
,
H.
Liu
,
J.
Wu
,
Y.
Qiu
,
B. L.
Gu
, and
W.
Duan
,
J. Phys. Chem. B
110
,
10266
(
2006
).
43.
N. M.
Al-Aqtash
and
I.
Vasiliev
(to be published).
44.
R. H.
Telling
,
C. P.
Ewels
,
A. A.
El-Barbary
, and
M. I.
Heggie
,
Nat. Mater.
2
,
333
(
2003
).
45.
C.
Wang
,
G.
Zhou
,
J.
Wu
,
B. L.
Gu
, and
W.
Duan
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
173130
(
2006
).
You do not currently have access to this content.