New hybrid functional materials based on carbon
Authors: Ζυγούρη Παναγιώτα 
Published: September 2021

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 PAHsαλλά 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 (C60), βασιζόμενη στην γνωστή και 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. Σημαντικό 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 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 & H2.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 τουIbuprofen, ένα μη στεροειδές αντιφλεγμονώδες φάρμακο, στο οξείδιο του γραφενίουκαι 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 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 (C60Br6), πολύ-υδροξυλιωμένα φουλερένια [C60(OH)24] καθώς και ένα νατριούχο άλας του φουλερενίου (C60O24Na24).