Functional Groups on Carbon Nanomaterials: The Matter That Matters

Mgr. Kateřina HOLÁ

Doctoral thesis

Hybrid nanosystems for bioapplications

Abstract:

Uhlíkové nanostrukutry představují jedny z nejstudovanějších materiálů současnosti. Jejich neobvyklé vlastnosti jsou dány především variabilitou jejich stavebního prvku, uhlíkovou vazbou. Je to základní kámen rozličných nanomateriálových struktur a zároveň je schopna navázat i mnoho prvků z p-bloku. Základní charakteristikou uhlíkových materiálů jsou především jejich výjimečné mechanické, optické, elektronické či magnetické vlastnosti. Tyto vlastnosti však mohou být značně vylepšeny funkčními skupinami, které tak mohou ovlivnit reálné aplikace. Tato práce ve zkratce shrnuje dosavadní znalosti, jak mohou být aplikace uhlíkových nanomateriálů ovlivněny funkčními skupinami. Především se však věnuje uhlíkovým tečkám a fluorografenu. Pozornost je věnována způsobu, jak funkční skupiny ovlivňují fluorescenci uhlíkových teček, jak může hydroxylová skupina ve fluorografenu indukovat magnetismus a také jak sulfhydrylová skupina na fluorografenu může vylepšit elektrochemickou detekci DNA. Uvedené příklady tak jednoznačně ukazují, že velkou roli ve vlastnostech uhlíkových materiálů hrají především jejich funkční skupiny, někdy i větší než uhlíková struktura samotná.

Abstract:

Carbon nanomaterials have a significant importance in materials science worldwide. Their superiority lies in the variability of their main building block, the CC bond. This unit can build diverse sp3 and sp2-based nanoarchitectures and even covalently incorporate various non-metallic elements. All members of the carbon nanomaterials family (fullerenes, carbon nanotubes, nanodiamonds or graphene) possess extraordinary mechanical, optical, electronic or magnetic properties. In addition, their functionalization can dramatically boost their properties and improve scientific or technical importance in various applications. This dissertation gives a brief view how the functional groups can determine the application potential of current carbon nanomaterials. Mainly, the last frontiers of carbon nanomaterials, fluorographene (GF) and carbon quantum dots (CDs), are discussed in detail. The attention is paid to the functional groups of CDs and how they can affect CD photoluminescence. Similarly, the study focuses how the functional groups on GF can induce magnetism in its honeycomb lattice or boost its genosensing properties. The given results will clearly demonstrate that the functional groups on carbon nanomaterials are the matter that really matters.

Keywords

Uhlíkové tečky, grafenové tečky, fluorografen, fotoluminiscence, funkční skupiny, organický magnet, biosensing.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry