Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Disciplina: | quimica |
| Título: | Películas delgadas mesoporosas polímero-inorgánico : uso del confinamiento como herramienta de diseño de nanoarquitecturas híbridas |
| Título alternativo: | Polymer-inorganic mesoporous thin films: confinement as a tool for hybrids nanoarchitectures design |
| Autor: | Alberti, Sebastián |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Filiación: | Universidad Nacional de La Plata - CONICET. Instituto de Investigaciones Físico-Químicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA)
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| Publicación en la Web: | 2023-11-09 |
| Fecha de defensa: | 2018-07-24 |
| Fecha en portada: | 2018-07-24 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Inorgánica, Química Analítica y Química Física |
| Director: | Azzaroni, Omar; Soler Illia, Galo |
| Consejero: | Corti, Horacio R. |
| Jurado: | Strumia, Miriam C.; Candal, Roberto J.; Molina, Fernando V. |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | MATERIALES HIBRIDOS; MATERIALES RESPONSIVOS; ENSAMBLADO CAPA POR CAPA; INFILTRACION DE POLIELECTROLITOS; BRUSHES POLIMERICOS; PELICULAS DELGADAS POROSAS; HIDROGELES; TRANSPORTE DE SONDAS ELECTROQUIMICASHYBRID MATERIALS; RESPONSIVE MATERIALS; LAYER BY LAYER ASSEMBLIES; INFILTRATION OF POLYELECTROLYTES; BRUSHES; HYDROGELS; MESOPOROUS THIN FILMS; TRANSPORT OF ELECTROCHEMICAL PROBES; LAYER BY LAYER ASSEMBLIES; INFILTRATION |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6484_Alberti |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6484_Alberti.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6484_Alberti |
| Ubicación: | Dep.QUI 006484 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Alberti, Sebastián. (2018). Películas delgadas mesoporosas polímero-inorgánico : uso del confinamiento como herramienta de diseño de nanoarquitecturas híbridas. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6484_Alberti |
Resumen:
La manipulación de procesos químicos y físicos en geometrías nanoconfinadas, ej.: nano- ó mesoporos, ha comenzado a ser utilizada por la comunidad científica como una estrategia para crear nuevos materiales. En espacios confinados de dimensiones comparables al tamaño de las moléculas, estas interactúan fuertemente con las paredes del poro. Este es un hecho con consecuencias remarcables en las propiedades químicas y físicas de las moléculas adsorbidas en nano y mesoporos, que presentarán estructuras y rasgos dinámicos con diferencias marcadas a las observadas en ausencia de confinamiento (“bulk” phase). Estas peculiaridades se hacen aún más evidentes cuando el tamaño del poro disminuye y la interacción de las moléculas con las paredes del poro desempeña un rol predominante. La combinación de óxidos mesoestructurados (como plataformas robustas) y arquitecturas macromoleculares (como bloques de construcción funcionales) ha permitido el desarrollo de nuevos materiales híbridos altamente funcionales. La incorporación precisa de elementos activos en redes tridimensionales de dimensiones nanométricas representa el punto central del diseño racional de ensamblados híbridos orgánico-inorgánico “hechos a medida” para diferentes aplicaciones específicas. Tales materiales serían de suma importancia en una gran variedad de aplicaciones tecnológicas, tales como optoelectrónica, catálisis, biosensado ó separaciones moleculares, entre algunos ejemplos. Se plantea como eje de la investigación la convergencia de elementos y herramientas provenientes de la química sol-gel, supramolecular y macromolecular con el fin de estudiar nuevas alternativas para el desarrollo de materiales mesoporosos avanzados con un control preciso de la densidad y la localización espacial de los grupos funcionales. Los óxidos mesoporosos son materiales que presentan poros monodispersos (de tamaños de entre 2 y 50 nm) altamente ordenados, de elevada área específica (100 - 1000 m2/g). Se sintetizan mediante la combinación de dos procesos: reacciones sol gel, que dan lugar al material inorgánico, y autoensamblado de moléculas anfifílicas, que actúan como molde de los poros. Las películas (films) mesoporosas, utilizadas como matriz, poseen diferentes propiedades que pueden ser seleccionadas específicamente de acuerdo a la química del material que los compone (sílice, titania o zirconia u óxidos mixtos), su mesoestructura (grado de porosidad, tamaño de poro y cuellos) o cristalinidad. Su cuidadosa selección estará supeditada al fin último que se desee buscar en estos materiales, ya sea liberación controlada de drogas, celdas de combustible, comportamiento fotovoltaico, etc. Partiendo de estas estructuras se han explorado nuevos enfoques para generar materiales híbridos mesoestructurados polímero-inorgánico con propiedades funcionales específicas. Mediante técnicas de electropolimerización, polimerización iniciadas desde la superficie (“grafting-from”) y “grafting to” (ej. ensamblados capa por capa, hidrogeles) se ha logrado alcanzar un control de la localización de arquitecturas macromoleculares en entornos nanoconfinados o en la superficie del film. La integración sinérgica entre los bloques de construcción y su distribución espacial darán al sistema características únicas en el diseño de nuevos materiales. De esta manera se alcanzan membranas mutltirresponsivas, multiselectivas o responsivas y selectivas cuyas capacidad de selección y respuesta puede ser modulable en intensidad ante diferentes estímulos físicos, químicos y biológicos. En particular se han explorado variaciones en el trasporte de especies moleculares en presencia de analitos específicos así también como variaciones en la configuración polimérica ante estímulos como temperatura y pH. Se ha tomado ventaja de efectos estéricos y de carga tanto para la modificación de las membranas como para manipular la selectividad a iones y moléculas. En resumen, la presente tesis se enfoca en el diseño y la nanoconstrucción de películas delgadas híbridas con propiedades funcionales bien definidas y potenciales aplicaciones nanotecnológicas.
Abstract:
The orchestration of chemical and physical process in confined geometries, e. g: nano-mesoporous structures, has began to be used by the scientific community as a strategy to develop new materials. Confinement within a nano-mesoporous structure changes significantly the interaction between molecules and their surroundings. If pore size approaches molecular size, the interaction to the walls defines its chemical and physical properties and its dynamic and structure characteristics wich may differ in bulk. These features increase in magnitude as the pores become thinner and the interaction between molecules and pore walls become predominant. The combination of mesostructured metal oxides as robust platforms and the integration to macromolecular architectures as functional construction blocks has enabled the development of new hybrid materials. The precise localization of active elements in three-dimensional nanometric scales represents the key for the rational design of inorganic-organic tailor–made hybrids for specific purposes. Such materials would be of great relevance for a great deal of technological applications as optoelectronics, catalysis, biosensors, or molecular sieving. We propose as the axis of this research the merging of elements and tools deriving from sol-gel, supramolecular and macromolecular chemistry. This provides a wide pallete of strategies to study new alternatives for the development of advance mesoporous materials with a precise control over density and spatial localization of functional groups. Mesoporous oxide display highly ordered monodisperse pores distribution with sizes between 2-50 nm, and high specific surface, ranging from 100 to 1000 m2/g. They are synthesized through the combination of two processes: sol-gel reactions and self assembly of anphiphilic molecules, as templates for the porous structure. The chemistry of the inorganic matrices can be cleverly tailor by the correct choice of precursors as mesoporous silicon dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide or mixed oxides may differ significantly in surface charge density, solubility, and electric properties. Mesoestructure, porous volume, pore size, neck side pore distributions as well as cristalinity of the inorganic walls is crucial in the selection of its final features and should be carefully design according to the searched applications (drug delivery, fuel cells, photovoltaic applications, etc). Mesoporous thin films were taken as a starting point to design and synthesize inorganic - polymer hybrids materials with controllable functional properties. “Grafting to” techniques, such as surface initiated polymerization or electro-polymerization and “grafting to” protocols have been exploited to reach space control over thin films modification. In this regard space distribution and the careful choice of molecules will tailor the systems with unique features in a synergistic interplay where both localization and nature of the functionalization defines its final behaviour. In this manner, multiresponsive, permselective or selective and responsive membranes, capable to modulate the diffusion of species under different, physic, chemical or biological stimuli were synthesized. In particular, we described hybrid systems wich may modulate transport of electrochemical species in the presence of specific analites; though changes in temperature and pH. Taking advantage of steric and charge effect, membranes have been cleverly modified and ions and molecules diffusion through mesoporous thin films could be manipulated. In summary, the present thesis focus on the design and the nanoconstruction of hybrid thin films with tailorable properties with potential nanotechnological applications.
Citación:
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Alberti, Sebastián. (2018). Películas delgadas mesoporosas polímero-inorgánico : uso del confinamiento como herramienta de diseño de nanoarquitecturas híbridas. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6484_Alberti
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Alberti, Sebastián. "Películas delgadas mesoporosas polímero-inorgánico : uso del confinamiento como herramienta de diseño de nanoarquitecturas híbridas". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2018.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6484_Alberti
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