Povaha vazby C-F u fluorovaných grafenů

Bc. Dagmar MATOCHOVÁ

Master's thesis

The nature of the C-F bond in fluorinated graphenes

Anotácia:

Fluorované deriváty grafenu slibují mnohé uplatnění v elektronických aplikacích, proto je potřebné blíže pochopit stabilitu těchto materiálů, k čemuž jsme využili metod teorie funkcionálu hustoty. V první části byla studována povaha vazby C-F v různých konfiguracích atomů fluoru chemisorbovaných na grafen. Jedná se o velice komplexní problém, kde působí zároveň mnoho faktorů. Prvním faktorem ovlivňujícím disociační energii C-F vazby se ukázala být míra deformace materiálu způsobená navázáním atomu fluoru na grafen a následnou změnou hybridizace atomu uhlíku. Druhým faktorem je pak snaha materiálu udržovat co nejvíce C-C vazeb konjugovaných, proto jsou slabší ty vazby C-F, které více narušují konjugaci materiálu. Druhá část práce se zaměřuje na reakční mechanismy, kterými by mohla probíhat reakce fluorografenu s hydroxidem sodným. Jsou prozkoumány dva reakční mechanismy, a to SN1 a SN2. Mechanismus SN1 se ukázal jako nepravděpodobný kvůli reakční bariéře okolo 100 kcal?mol-1. SN2 mechanismus se jeví pravděpodobnější, reakční bariéra je zde přibližně 30 kcal?mol-1.

Abstract:

Fluorinated graphenes could be very useful for various applications in electronics, therefore we need to understand their stability and reactivity. We used methods of density functional theory to investigate these aspects. Firstly, we studied the nature of C-F bond. We computed bond dissociation energies of C-F bonds of fluorinated graphenes in various configurations. Our results show that it is a very complex problem. The strength of a C-F bond depends on several factors. Firstly, there is the deformation of a graphene plane due to the change of hybridization of carbon atom after bonding of fluorine atom. The second factor is the conjugation of graphene C-C bonds. Those C-F bonds that interrupt the conjugation more are weaker. Secondly, we investigated possible reaction mechanisms of the defluorination of fluorographene due to the presence of sodium hydroxide. Two reaction mechanisms are discussed, namely SN1 and SN2. The SN1 mechanism is improbable because of a high reaction barrier around 100 kcal?mol-1. SN2 looks more plausible because of the smaller reaction barrier around 30 kcal?mol-1.

Kľúčové slová

Fluorografen, grafen, C-F vazba, reaktivita fluorovaných grafenů, mechanismus defluorace, SN1, SN2

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 4. 5. 2017

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: doc. Miroslav Medveď, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / odbor:
Chemistry / Material Chemistry