Close-up on the functionalization of nanomaterials : Thermodynamic analysis and microscopic characterization

Abstract

Nanomaterials have unique properties that make them highly attractive for many applications due to their small size, high surface area and quantum mechanical effects. However, these inherent features often need to be tuned to satisfy specific requirements. By functionalizing, scientists can carefully control and tailor nanomaterials to achieve the desired characteristics. 1This thesis is based on previous works described in our group. Firstly, the synthesis of mechanically interlocked carbon nanotubes (MINTs),1 which are the result of the supramolecular functionalization of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with macrocycles formed by ring-closing metathesis. Due to their insolubility of the carbon nanotubes, it was very difficult to quantify the affinity of different molecules for them. In 2015, we described a simple and direct procedure for the determination of the association constants of these structures based on thermogravimetric analysis.2 The molecules used were previously shown to be good receptors for the non-covalent modification of SWNTs. In this context, the objectives have been the study of the best type of recognition motives for the supramolecular association between carbon nanotubes and organic molecules, the study of the MINT formation through direct encapsulation or with the previous synthesis of an organometallic macrocycle, the synthesis of several molecules for the functionalization of nanomaterials that will be used in different areas and the use of the electron microscopy for the characterization of the designed hybrids...Los nanomateriales tienen propiedades únicas que los hacen muy atractivos para muchas aplicaciones debido a su pequeño tamaño, su elevada superficie y sus efectos mecánicos cuánticos. Sin embargo, estas cualidades inherentes a menudo deben ajustarse para satisfacer requisitos específicos. Mediante la funcionalización los científicos pueden controlar y adaptar cuidadosamente los nanomateriales para conseguir las características deseadas. 1Esta tesis se ha basado en trabajos anteriores descritos en nuestro grupo. En primer lugar, la síntesis de nanotubos de carbono mecánicamente funcionalizados (MINTs),1 los cuales son el resultado de la funcionalización supramolecular de nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) con macrociclos formados por metátesis de cierre de anillo. Debido a la insolubilidad de los nanotubos de carbono, cuantificar la afinidad de moléculas orgánicas hacia estos materiales era un proceso complicado. En 2015 describimos un procedimiento sencillo y directo para la determinación de las constantes de asociación de estas estructuras basado en el análisis termogravimétrico.2 Las moléculas utilizadas ya habían sido comprobadas previamente como adecuados receptores para la modificación no covalente de los SWNTs. En este contexto, los objetivos han sido el estudio del mejor tipo de motivos de reconocimiento para la asociación supramolecular entre nanotubos de carbono y moléculas orgánicas, el estudio de la formación de MINTs mediante la encapsulación de los nanotubos de manera directa o con la formación previa de macrociclos organometálicos, la síntesis de varias moléculas para lograr la funcionalización de nanomateriales que posteriormente se usarán para aplicaciones en diferentes áreas y el empleo de la microscopía electrónica para la caracterización de los híbridos diseñados...