Grafen temelli kuantum noktaları
ftalosiyaninkonjugatlarının sentezi ve enerji transferi özelliklerininincelenmesi / Graphene-based quantum points / phthalocyanine investigation of the synthesis and energy transfer characteristics of the conjugates
Yazar: ŞULE ERYİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM ÖZÇEŞMECİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Ftalosiyaninler (Pcs), yüksek π-elektronik delokalizasyona sahip çok önemli makrosiklik bileşik sınıflarıdır. Ftalosiyaninler, kimyasal ve fiziksel bakımdan kararlı yapıları ve optik özelliklerinden dolayı biyolojik ve kimyasal alanlarda kullanılabilen özel bileşiklerdir. Ftalosiyaninler, sahip oldukları yüksek molar absorpsiyon kapasiteleri nedeniyle, çok küçük derişime sahip çözeltilerinde bile oldukça doymuş (yoğun) renkler verebilirler. Son yıllarda, ileri teknoloji uygulamalarına cevap vermek için yeni malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamak açısından, ftalosiyanin bileşikleri ileri teknoloji olarak adlandırılabilecek birçok uygulama alanında kullanılmaktadırlar. Bu uygulamalara örnek olarak; elektrokromik görüntüleme cihazları, güneş pilleri, sıvı kristal ekranlar, kızılötesi sensörler, kanserin fotodinamik tedavisi ve diğer tıbbi uygulamalar verilebilir .
Kuantum noktaları (QD), çapı 2 nm ile 10 nm arasında değişen floresan yarı iletken nano-kristallerdir. Kuantum noktaları,  sahip oldukları dar emisyon bandı, yüksek kuantum verimi, yüksek kararlılık gibi üstün fotofiziksel özelliklerinden dolayı LED, güneş pili, biyoteknoloji benzeri birçok uygulamada ilgi odağı olmuşlardır. Genel olarak, kuantum noktaları, CdS, CdSe, CdTe, PbS gibi ağır metal kalkojenitlerin nanokristal formu olarak sentezlenirler. Bu tip kuantum noktaları, yapılarında bulunan ağır metallerin zehirli etkileri nedeniyle, sınırlı uygulama alanlarına sahiptirler. Ancak, 2000'li yılların başlarında, ağır metal içermeyen ve çevre dostu karbon temelli grafen kuantum noktaları geliştirilmiş ve o zamandan günümüze ilgi odağı haline gelmiştir.
Eşsiz optik özellikleri ile  enerji transferi çalışmalarında, özellikle kuantum noktaları - ftalosiyanin konjugat sistemlerinin oluşumu yoluyla ftalosiyaninlerle beraber sıklıkla kullanılırlar. Kuantum nokta-ftalosiyanin konjuge sistemlerin önemli bir avantajı,   üretim kolaylığıdır. Uygun uç grupları içeren heterosiklik halkalar, kuantum nokta yapılarına sahip çözeltilerde kendiliğinden nanokonjugat kompleksler oluşturabilirler. Yine de, kuantum noktalarından ftalosiyanin halkasına verimli enerji transferlerinin gözlemlendiği, QD/Pc konjuge sistemler hakkında çok az çalışma vardır. Bununla birlikte literatürde, bor ve nitrojen atomları katkılı grafen QD'lar ile ftalosiyanin konjugatlarını elde etmek, bunların foto fiziksel özelliklerini ve bu iki sistem arasındaki enerji transferini incelemek üzerine yapılan hiçbir çalışma bulunamamıştır.
Bu tez çalışmasını kapsamında, bor ve nitrojen katkılı grafen QDs/Pcs konjuge sistemlerin benzersiz özelliklerinden dolayı ışık transfer sisteminde kullanma olasılığını incelenmiştir. Bu amaçla, bor ve azot zengini grafen kuantum noktalar, verici grup (donör) olarak seçilirken; dört hidroksietiltiyo uç grubu içeren metalsiz (H2Pc) ve çinko(II) ftalosiyanin (ZnPc) bileşikleri alıcı grup (akseptör) olarak seçilmiştir. Bu iki yapıyı kovalent olmayan bir şekilde (elektrostatik ve / veya π – π etkileşimi) bağlayarak, verici-alıcı ışık transferi yapıları elde edilmiştir.  Elde edilen QDs/Pc konjuge sistemlerinde, kuantum noktalarından Pc çekirdeğine Förster rezonans enerji transferi (FRET) mekanizması ile ışık üretme verimi incelenmiştir.

Abstract:
Phthalocyanines (Pcs) are very significant classes of macrocyclic compounds with superior π-electronic delocalization. Phthalocyanines are confidential compounds that can be used in biological and chemical areas in consiquence of their chemically and physically determined structures and optical features.
By virtue of their high molar absorption capacity, phthalocyanines can give quite saturated (intense) colors even in solutions with much low concentrations. In recent years, latest materials are needed to reply to advanced technology applications. In order to meet this requirement, phthalocyanine compounds are used in many application areas that can be called advanced technology. As an example of these applications; Electrochromic imaging devices, solar cells, liquid crystal displays, infrared sensors, photodynamic therapy of cancer and other medical applications can be given.
Quantum dots (QDs) are fluorescent semiconductor nano-crystals ranging in diameter from 2 nm to 10 nm. Quantum dots have been the focus of attention in many areas for instance LED, solar cell, biotechnology due to their outstanding photophysical particulars such as their narrow emission band, high quantum adequacy and high stability. Generally, quantum dots are synthesized as the nanocrystal form of heavy metal chalcogenites such as CdS, CdSe, CdTe, PbS. Such quantum dots have limited applications due to the toxic effects of the heavy metals in their structure. However, in the early 2000s, graphene quantum dots, which do not involve heavy metals and are environmentally friendly carbon-based, were improved and have become the focus of interest since then.
With their matchless optical features, they are often used with phthalocyanines in energy transfer studies, particularly by way of the creation of quantum dots-phthalocyanine conjugate systems. A substantial virtue of quantum dot-phthalocyanine conjugate systems is their comfort of production. Heterocyclic rings including appropriate end groups can by oneself form nanoconjugate complexes in solutions with quantum dot structures. Nevertheless, there are a number of studies on QD / Pc conjugated systems where greatful energy transfers from quantum dots to the phthalocyanine ring are beholded. However, no study has been found in the literature on attaining graphene QDs with boron and nitrogen atoms and phthalocyanine conjugates, investigating their photophysical features and energy transfer between these two systems.
Within the body of this thesis research, the probability of applying boron and nitrogen doped graphene QDs / Pcs conjugate systems in light transfer system due to their superior properties was examined. For this target, boron and nitrogen rich graphene quantum dots are picked as donor group; Metal-free (H2Pc) and zinc (II) phthalocyanine (ZnPc) compounds containing four hydroxyethylthio end groups were selected as acceptor group (acceptor). By connecting these two structures non-covalently (electrostatically and / or π-interaction), emitter-receiver light transfer structures were get. Light harvesting proficiency was searched by Förster resonance energy transfer (FRET) mechanism from quantum dots to Pc nuclei in the acquired QDs / Pc conjugate systems.