Funzionalizzazione di nanotubi di carbonio con sistemi organici Ï -coniugati

Abstract: carbon nanotubes functionalization with π-conjugated organic systems This thesis reports the study of different strategies for the functionalization of carbon nanotubes that, tanks to their unique dimensionality and structure, could lead to the development of new functional nanomaterials with peculiar properties potentially useful in different application fields. CHAPTER 2.1: the first part of the thesis will introduce the results about the covalent functionalization of single wall carbon nanotubes (SWNT) with poly(ethylene glycol) chains (PEG), and the co-functionalization with PEG and different polycyclic aromatic fluorophores. Such derivatives, soluble both in water and organic solvents, will be fully characterized with a special care about the photophysical properties. Through the collection of absorbance and emission spectra in solution, also time resolved, some typical behavior of this type of derivatives due to electronic interaction between nanotube and fluorophore, will be highlited. Soluble derivatives functionalized only with PEG chains will be used to build supramolecular structures based on liposomic core with sterical stabilization stealth liposomes. CHAPTER 2.2: the second part will concern the synthesis and characterization of new nanostructures (nanopeapods), obtained through encapsulation, of different types of organic molecules inside the inner space of the SWNT. Nanopeapods of two kinds will be synthesized, in which the encapsulated molecules are fullerene or fullerene derivatives and polycyclic aromatic fluorophores, respectively. Results obtained from the different encapsulating procedures will be compared, and the criteria of choice for the operative protocol, will be discussed. The synthesis of a nanopeapod in which the guest molecule is a fullerene derivative with a nitroxide radical group has allowed to investigate, through EPR spectroscopy, the effects of confinement in a monodimensional nanometric space. Nanopeapods hosting polycyclic aromatic fluorophores have been synthesized and characterized, fucusing in particular on the photophysical properties. Through the comparison of different derivatives, it will be possible to highlight typical behaviors of this family of nanomaterials in view of a potential application in optoelectronic devices. The synthesis of B-organic polycyclic aromatic fluorophores as future candidates for encapsulation in SWNT will be discussed. CHAPTER 2.3: the third part concerns the synthesis of bis(styril)benzene derivatives used for an easy, fast and efficient procedure for the dispersion of multi wall carbon nanotubes in organic solvents. The casting of these dispersions on glass surfaces provide a nanostructured coating that introduces an hydrophobic or superhydrophobic behavior.

RIASSUNTO: FUNZIONALIZZAZIONE DI NANOTUBI DI CARBONIO CON SISTEMI ORGANICI π-CONIUGATI In questa tesi di dottorato vengono studiate tre diverse tecniche per la funzionalizzazione di nanotubi di carbonio che, grazie a caratteristiche uniche di dimensionalità  e struttura, permettono la sintesi di nuovi nanomateriali dalle peculiari proprietà  chimico-fisiche, con potenziale impiego in diversi ambiti applicativi come nuovi materiali funzionali. CAPITOLO 2.1: nella prima parte della tesi verranno presentati i risultati della funzionalizzazione covalente di nanotubi di carbonio a parete singola (SWNT) con catene poli(etilenglicoliche) (PEG)e della co-funzionalizzazione con PEG e una serie di fluorofori policiclici aromatici. Tali derivati solubili, sia in ambiente acquoso che in ambiente organico, verranno completamente caratterizzati e ne verranno investigate con particolare attenzione le proprietà  fotofisiche. Attraverso lo studio in soluzione dell'assorbimento e dell'emissione, anche risolta nel tempo, verranno messi in luce comportamenti caratteristici di questa classe di derivati dovuti a interazioni elettroniche tra nanotubo e fluoroforo. I derivati solubili funzionalizzati con le sole catene PEG saranno impiegati per la realizzazione di strutture supramolecolari basate su nuclei liposomici stabilizzati stericamente: stealth liposomes. CAPITOLO 2.2: nella seconda parte verranno presentate le sintesi e le caratterizzazioni di nuovi nano composti (nanopeapods) ottenuti, incapsulando, diverse tipologie di molecole organiche all'interno di SWNT. Sono state sintetizzate due tipologie di nanopeapods: una in cui le molecole incapsulate sono fullereni o derivati fullerenici, e una in cui vengono incapsulati fluorofori aromatici. Si confronteranno i risultati ottenuti con diverse metodologie d'incapsulamento e verranno discussi e sviluppati i criteri di scelta delle tecniche operative adottate. Per i nanopeapod realizzati con derivati fullerenici nitrossilici sarà  presentata un'indagine EPR che permetterà  di evidenziare gli effetti del confinamento e della conseguente organizzazione dei radicali nitrossido in ambienti nanometrici monodimensionali. Dei nanopeapods a base di fluorofori aromatici verranno investigate in particolare le proprietà   fotofisiche e, dal confronto di diversi derivati, verranno evidenziati comportamenti tipici di questa classe di nano materiali e le potenzialità  d'impiego come elementi funzionali per dispositivi optoelettronici. Verrà quindi descritta la sintesi di fluorofori policiclici aromatici boro organici e le prove preliminari d'incapsulamento eseguite su uno dei fluorofori ottenuti. CAPITOLO 2.3: la terza parte è invece dedicata alla sintesi di derivati di bis(stiril)benzeni e il loro impiego in una procedura semplice, veloce ed efficiente per la dispersione di nanotubi di carbonio a parete multipla in solventi organici; verrà  anche sperimentata la deposizione di tali derivati su superfici al fine di modularne la bagnabilità