Σχεδιασμός, σύνθεση, χαρακτηρισμός και εφαρμογές οργανοκαταλυτών και άλλων ενώσεων ακινητοποιημένων πάνω σε νανοδομές άνθρακα

Abstract

The last years, carbon nanostructures (CNS) have attracted the interest of scientific community and have been applied in plethora of fields. CNS are characterized as ideal materials to carry catalysts due to their structure and physico-chemical properties. However, in the literature there are only reports for the immobilization of metal nanoparticles onto CNS’s surface, while reports about organocatalysis, a rapidly growing field of catalysis, are totally missing. In the present thesis, proline’s derivatives (as organocatalysts) conjugated covalently onto fullerene and carbon nanotubes (CNTs) are presented and their catalytic activity in asymmetric aldol reactions was examined. Initially, fullerene and CNTs were appropriately fuctionalized, in order to carry suitable groups for the efficient coupling with the organocatalysts. Furthermore, in this thesis a new methodology for the chemical fuctionalization of carbon nanohorns (CNHs) via arynes’ cycloaddition was developed. Finally, a 2nd generation dendrimer wassynthesized onto CNTs. The hybrid material was utilized to stabilize semiconductor nanoparticles of cadmium sulfide (CdS) and was subsequently used as catalyst for the photodegradation of dyes.

Οι νανοδομές άνθρακα έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας τα τελευταία χρόνια και έχουν βρει εφαρμογές σε πληθώρα πεδίων. Ένα από αυτά είναι η κατάλυση, όπου λόγω της δομής τους και των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους έχουν χαρακτηριστεί ως ιδανικά υλικά για να αποτελέσουν υποστρώματα καταλυτών. Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα έχουν χρησιμοποιηθεί μόνο για την ακινητοποίηση νανοσωματιδίων μετάλλων και δεν υπάρχει εκτεταμένη έρευνα για την ακινητοποίηση οργανοκαταλυτών και τη μελέτη τους στο πεδίο της οργανοκατάλυσης. Σε αυτή τη διατριβή πραγματοποιήθηκε ομοιοπολική πρόσδεση παραγώγων προλίνης (οργανοκαταλύτες) πάνω σε φουλερένιο και νανοσωλήνες άνθρακα, ενώ μελετήθηκε η δράση των συντεθέντων υβριδικών καταλυτών σε αλδολικές αντιδράσεις. Αρχικά, τόσο το φουλερένιο όσο και οι νανοσωλήνες άνθρακα τροποποιήθηκαν κατάλληλα, ώστε να φέρουν λειτουργικές ομάδες για την ομοιοπολική πρόσδεση των οργανοκαταλυτών. Επίσης, στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε μεθοδολογία χημικής τροποποίησης νανοκεράτων άνθρακα μέσω κυκλοπροσθήκης αρυνίων. Τέλος, πάνω σε νανοσωλήνες άνθρακα συντέθηκε δενδριμερές 2ης γενιάς και σε αυτό ακινητοποιήθηκαν ημιαγώγιμα νανοσωματίδια θειούχου καδμίου. Το υβριδικό υλικό μελετήθηκε ως προς την καταλυτική φωτοαποικοδόμηση χρωστικών ουσιών.