New hybrid functional materials based on carbon: synthesis, characterization and study of properties Zygouri, Panagiota

Transcript

1 New hybrid functional materials based on carbon: synthesis, characterization and study of properties Zygouri, Panagiota IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2016 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Zygouri, P. (2016). New hybrid functional materials based on carbon: synthesis, characterization and study of properties [Groningen]: University of Groningen Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 Περίληψη Ο άνθρακας αποτελεί ένα στοιχείο, το οποίο έχει την ικανότητα να σχηματίζει πλήθος αλλοτροπικών δομών. Τα αλλότροπά του διαφέρουν στο τρόπο με τον οποίο ενώνονται τα άτομα μεταξύ τους αλλά και στο πως διευθετούνται δομικά. Οι διαφορετικές δομές προσδίδουν στα αλλότροπα διαφορετικές χημικές και φυσικές ιδιότητες. Κατάλληλη τροποποίηση αυτών των δομών με μία πληθώρα χημικών αντιδράσεων οδηγεί στην δημιουργία νέων υλικών, τα οποία εμφανίζουν βελτιωμένες ιδιότητες, καθιστώντας τα ιδανικά σε διάφορες εφαρμογές. Ο σκοπός αυτής της διατριβής ήταν η σύνθεση και η ανάπτυξη καινοτόμων υβριδικών λειτουργικών υλικών με βάση το γραφίτη και τα φουλερένια, η μελέτη των ιδιοτήτων τους και η διερεύνηση της χρησιμοποίησής τους σε διάφορες εφαρμογές, αξιοποιώντας τις προκύπτουσες ιδιότητές τους. Το τρίτο κεφάλαιο αποτελεί μία επισκόπηση θεωρητικών και πειραματικών μελετών, σχετικών με τις αντιδράσεις των πολυαρωματικών υδρογονανθράκων (PAHs) με φύλλα γραφενίου. Σε αυτές τις δουλειές έχουν καταγραφεί οι προσπάθειες διευκρίνισης του ρόλου των PAHs στην ανάπτυξη νέων σύνθετων υλικών για μία πλειάδα εφαρμογών, όπως στην ηλεκτρονική, σε αισθητήρες αλλά και σε βιοϊατρικές συσκευές. Εξαιτίας του γεγονότος ότι τα PAHs αλλά και οι μεταβολίτες τους παρουσιάζουν μεταλλαξιογόνα και καρκινογόνα δράση, οι περισσότερες μελέτες εστίασαν στην προσπάθεια δέσμευσης των τοξικών πολυαρωματικών υδρογονανθράκων (PAHs) χρησιμοποιώντας συστήματα νανοϋλικών, όπως για παράδειγμα η περίπτωση του γραφενίου. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζουμε για πρώτη φορά την επιτυχή χημική οξείδωση του φουλερενίων (C 60 ), βασιζόμενη στην γνωστή και πλέον καθιερωμένη μέθοδο Staudenmaier. Αυτή η εύκολη και επαναλήψιμη διαδικασία δημιουργεί λειτουργικές ομάδες οξυγόνου, όπως επόξυ- και υδρόξυ- ομάδες στην επιφάνεια του φουλερενίου, καθιστώντας το υλικό εξαιρετικά διαλυτό σε πολικούς διαλύτες, όπως το νερό. Ένα σημαντικό 123

3 πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου αποτελεί η ύπαρξη εποξειδικών ομάδων, η οποία δίνει τη δυνατότητα για περαιτέρω τροποποίηση. Σε αυτήν τη διατριβή, τα οξειδωμένα φουλερένια τροποποιήθηκαν με μία πρωτοταγή αλειφατική αμίνη (octadecylamine), η οποία οδήγησε στην δημιουργία ενός νέου παράγωγου του φουλερενίου. Ο υδρόφιλος χαρακτήρας αυτών των υλικών μπορεί να καταστήσει αυτά τα υλικά ιδανικά για ένα πλήθος εφαρμογών, όπως για παράδειγμα στην ιατρική και στην βιοχημεία. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται η χημική οξείδωση νανοδίσκων άνθρακα (oxcnds), οι οποίοι παρήχθησαν μέσω της πυρολυτικής διαδικασίας Kværner Carbon Black & H 2. Η εύκολη, ευέλικτη και επαναλήψιμη διαδικασία βασίζεται στη μέθοδο Staudenmaier. Το αποτέλεσμα της οξειδωτικής διαδικασίας ήταν αρχικώς ο διαχωρισμός των νανοδίσκων άνθρακα από το μίγμα νανοδίσκων/νανοκόνων/αιθάλης του αρχικού υλικού και ακολούθως η προσκόλληση λειτουργικών ομάδων οξυγόνου (επόξυ-, υδρόξυ-, και καρβοξυλικών ομάδων) στην επιφάνειά τους, βελτιώνοντας την διαλυτότητά τους σε πολικούς διαλύτες, όπως το νερό. Το τελικό προϊόν χαρακτηρίστηκε με πολλές τεχνικές χαρακτηρισμού, οι οποίες επιβεβαίωσαν την επιτυχή οξείδωση και παρείχαν πληροφορίες σχετικές με τη μορφολογία του προϊόντος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι οξειδωμένοι νανοδίσκοι μπορούν να δράσουν ως κυτταροτοξικοί παράγοντες και υποστηρίζουν την ανάπτυξη νανοβιοκαταλυτικών συστημάτων. Στο κεφάλαιο 6 αναφέρουμε την ένθεση του Ibuprofen, το οποίο είναι ένα μη στεροειδές αντιφλεγμονώδες φάρμακο, στο οξείδιο του γραφενίου και σε δύο παράγωγά του, το σουλφονιωμένο και το καρβοξυλιωμένο οξείδιο του γραφενίου. Ο στόχος ήταν η αξιολόγηση των τριών νανοϋλικών ως αποτελεσματικά συστήματα μεταφοράς του Ibuprofen. Αρχικά υπολογίστηκαν τα ποσοστά του προσροφημένου φαρμάκου στους μεταφορείς άνθρακα και στη συνέχεια προσδιορίστηκε η αποδέσμευση του φαρμάκου σε προσομοιωμένο γαστρικό και εντερικό υγρό. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η αποδέσμευση σε γαστρικό υγρό πραγματοποιείται πιο σταδιακά σε σύγκριση με την περίπτωση 124

4 του εντερικού υγρού και συνεπώς μπορεί να ελαχιστοποιήσει τις παρενέργειες στο στομάχι. Το κεφάλαιο 7 αποτελεί μία επισκόπηση τεσσάρων δημοσιευμένων μελετών. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφουμε λεπτομερώς την ηλεκτρική αγωγιμότητα, συναρτήσει της θερμοκρασίας, διαφορετικών παραγώγων των φουλερενίων. Για αυτόν το σκοπό, συντέθηκαν και μελετήθηκαν πολυβρωμιωμένα φουλερένια (C 60 Br 6 ), πολύ-υδροξυλιωμένα φουλερένια [C 60 (OH) 24 ] καθώς και ένα νατριούχο άλας του φουλερενίου (C 60 O 24 Na 24 ). 125

5 126