Νανοδομημένα υλικά με βάση τον άνθρακα

Abstract

Carbon Nanohorns (CNHs) constitute a new allotrophic form of carbon and are included in the wider family of carbon nanotubes (CNTs). Similarly with CNTs, CNHs represent a promising material for their use in nanotechnologycal and biotechnological applications. In the present work, are presented the methodologies of chemical functionalization of CNHs as well as the first studies of these new hybrid CNHs based material. More specifically, the chemical modification of CNHs was achieved either by forming covalent bonds at the side walls or at the conical tips of CNHS, or by π-π interactions between aromatic planar organic molecules with the network of CNHs. In the all these cases, main purpose was the solubilization of CNHs in a abundance of organic solvents and in water systems, aiming the more complete study and characterization of their spectroscopical features. Moreover, in the case of hybrid CNHs materials with photo-, elecro active groups, photophysical and electrochemical studies revealed the intrahybrid communication between the parts of the hybrid system, namely the CNHs and the photo- or elecro- active organic moiety, through charge transfer or energy transfer mechanisms. Such materials are promising for nanotechnological applications in the fields of energy conversion, fuel cells and photovoltaic cells.

Τα Carbon Nanohorns (CNHs) αποτελούν μια νέα αλλοτροπική μορφή του άνθρακα και εντάσσονται στην ευρύτερη οικογένεια των νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs). Ομοίως με τους CNTs, τα CNHs αποτελούν υποσχόμενα υλικά για την εκμετάλλευσή τους σε νανοτεχνολογικές αλλά και βιοτεχνολογικές εφαρμογές. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάστηκαν μεθοδολογίες χημικής τροποποίησης των CNHs καθώς και οι πρώτες μελέτες των ιδιοτήτων νανοϋβριδίων της μορφής δότη-δέκτη ηλεκτρονίων, στο πλαίσιο του φαινομένου μεταφοράς ηλεκτρονίων ή/και ενέργειας στοχεύοντας σε εφαρμογές που μιμούνται τη φωτοσύνθεση και την μετατροπή ενέργειας, όπως για παράδειγμα τα ηλιακά κύτταρα και τις κυψέλες καυσίμων. Ειδικότερα, η χημική τροποποίηση των CNHs επιτεύχθηκε είτε με σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών στο σκελετό των CNHs είτε με υπερμοριακές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σε αρωματικά ή/και επίπεδα οργανικά μόρια με το δίκτυο των CNHs. Επιπρόσθετα, η χημική τροποποίηση των CNHs μέσω ομοιοπολικών δεσμών, έγινε είτε στα πλευρικά τοιχώματα τους, είτε στο κωνικό άκρο τους. Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, κύριος στόχος αρχικά ήταν η διαλυτοποίηση των CNHs σε μια πληθώρα οργανικών διαλυτών ή/και σε υδατικά συστήματα στοχεύοντας σε πληρέστερη μελέτη των ιδιοτήτων τους καθώς και τον χαρακτηρισμό τους. Τέλος , ακολούθησε η σύνθεση καινοτόμων CNHs νανοϋβριδίων με φωτοενεργές ομάδες, ο χαρακτηρισμός τους και η μελέτη των φωτοφυσικών τους ιδιοτήτων στο πλαίσιο της εφαρμογής τους στο πεδίο της μετατροπής ενέργειας.