Abstract High-end applications of single-walled carbon nanotube (SWNT) require detailed understanding of their binding affinity (Kd) with surfactants. Here, we quantitatively determined the comprehensive Kd and aggregation number (γ) of nine nonionic and anionic surfactants according to SWNT chirality. Photoluminescence (PL)-based titration using flavin mononucleotide (FMN)-SWNT complexes showing the largest redshifted optical transition enabled quantitative comparison of the surfactants and displayed distinct first and second regimes which correspond to partial and full replacements of FMN, respectively. Especially, the second transition exhibited sigmoidal PL change whose middle point denoted by the inverse of Kd slightly differs from critical micelle concentration of surfactant alone, depending on its functional groups. Moreover, nonionic surfactants displayed larger Kd and lower γ values than the anionic did. Specifically, Kd values between Pluronic F108 and sodium dodecyl sulfonate differ by four orders of magnitude. Such differences were rationalized in terms of the occupied volume of the micelle based on the hydrodynamic volume and γ. During the replacement, Kd and γ were affected by the degree of surfactant rearrangement induced by aging process, leading to more stable complex. Scaling the interactions between surfactant and SWNT provides useful guidelines to design novel SWNT sorting method using more than two surfactants.

中文翻译：

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表面活性剂在碳纳米管上的结合亲和力和协同性的缩放

摘要 单壁碳纳米管 (SWNT) 的高端应用需要详细了解它们与表面活性剂的结合亲和力 (Kd)。在这里，我们根据 SWNT 手性定量测定了九种非离子和阴离子表面活性剂的综合 Kd 和聚集数（γ）。使用黄素单核苷酸 (FMN)-SWNT 复合物进行的基于光致发光 (PL) 的滴定显示出最大的红移光学跃迁，可以对表面活性剂进行定量比较，并显示出不同的第一和第二方案，分别对应于 FMN 的部分和完全替代。特别是，第二次转变表现出 S 形 PL 变化，其中点由 Kd 的倒数表示，与单独的表面活性剂的临界胶束浓度略有不同，这取决于其官能团。而且，与阴离子表面活性剂相比，非离子表面活性剂显示出更大的 Kd 和更低的 γ 值。具体而言，Pluronic F108 和十二烷基磺酸钠之间的 Kd 值相差四个数量级。根据流体力学体积和 γ 的胶束占据体积，这种差异被合理化。在置换过程中，Kd和γ受老化过程引起的表面活性剂重排程度的影响，导致更稳定的配合物。衡量表面活性剂和单壁碳纳米管之间的相互作用为设计使用两种以上表面活性剂的新型单壁碳纳米管分选方法提供了有用的指导。根据流体力学体积和 γ 的胶束占据体积，这种差异被合理化。在置换过程中，Kd和γ受老化过程引起的表面活性剂重排程度的影响，导致更稳定的配合物。衡量表面活性剂和单壁碳纳米管之间的相互作用为设计使用两种以上表面活性剂的新型单壁碳纳米管分选方法提供了有用的指导。根据流体力学体积和 γ 的胶束占据体积，这种差异被合理化。在置换过程中，Kd和γ受老化过程引起的表面活性剂重排程度的影响，导致更稳定的配合物。衡量表面活性剂和单壁碳纳米管之间的相互作用为设计使用两种以上表面活性剂的新型单壁碳纳米管分选方法提供了有用的指导。