Noncovalent Functionalization of 1D and 2D Nanomaterials

Resumen

En este trabajo se presentan tres resultados principales: - La síntesis de estructuras de tipo rotaxano compuestas por macrociclos de porfirina enlazados mecánicamente con nanotubos de carbono de pared sencilla (SWCNTs). El enlace mecánico se introdujo como una nueva herramienta para la manipulación química de nanotubos de carbono, combinando las ventajas de los métodos covalente y no covalente. Para la formación del rotaxano, sintetizamos precursores macrocíclicos formados por dos unidades de porfirina que actúan como motivos de reconocimiento para los nanotubos de carbono, y se encuentran funcionalizadas por dos cadenas alquílicas con dobles enlaces terminales que se cierran alrededor de los nanotubos mediante una reacción de metátesis de cierre de anillo. Los derivados de SWCNTs enlazados mecánicamente (MINTs) se caracterizan en detalle mediante técnicas analíticas, espectroscópicas y microscópicas, así como los experimentos control correspondientes. Por microscopía electrónica de alta resolución podemos observar macrociclos individuales rodeando SWCNTs. - La dispersión reversible y la liberación de nanotubos de carbono mediante interacciones cooperativas con macrociclos formados mediante enlaces de hidrógeno. Se describe una relación sinérgica establecida entre (6,5)SWCNTs y un monómero que presenta dos bases nitrogenadas capaz de auto-ensamblarse en macrociclos a través del apareamiento Watson-Crick de las nucleobases. Mediante técnicas teóricas, espectroscópicas y microscópicas estudiamos cómo los macrociclos formados por enlaces de hidrógeno pueden asociar SWCNTs colocándose alrededor de los mismos. Esta asociación permite la ruptura de los agregados de nanotubos y la formación de dispersiones de SWCNTs de larga duración. Además, la estabilidad del macrociclo también mejora en presencia de los nanotubos, estableciéndose interacciones cooperativas no covalentes. Estas interacciones proporcionan, por otro lado, la reversibilidad necesaria para recuperar de manera simple y efectiva el material prístino. - La funcionalización no covalente de fotodetectores de MoS2 con colorantes moleculares. Mediante un método sencillo basado en ‘drop-casting’ y utilizando disoluciones de PDI y TPP, conseguimos funcionalizar dispositivos de MoS2 de manera eficaz mejorando sus propiedades optoelectrónicas. El proceso de funcionalización es tecnológicamente trivial, estable al aire, reversible y reproducible, y estudiándolo mediante diversas técnicas electrónicas y optoelectrónicas, observamos un excelente aumento de la fotorrespuesta de cuatro órdenes de magnitud, y responsividades de hasta 100 A W-1.