Konwersatorium wydziałowe

Dnia 2020-02-25 o godzinie 13:15 w sali 2011 Wydziału Fizyki UwB odbędzie się wykład, na którym dr hab. Marta Płońska-Brzezińska z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku wygłosi wykład pt:

„Otrzymywanie, modyfikowanie i właściwości fizykochemiczne wielowarstwowych fulerenów (nanocebulki węglowe)„

 

Serdecznie zapraszamy

Andrzej Maziewski

Jerzy Przeszowski

    

„Otrzymywanie, modyfikowanie i właściwości fizykochemiczne wielowarstwowych fulerenów (nanocebulki węglowe)”
dr hab. Marta Płońska-Brzezińska
laureatka nagrody naukowej PAN za rok 2018

Wielowarstwowe fulereny, częściej w literaturze nazywane nanocebulkami węglowymi (z ang. carbon nano-onion, CNO), które zawierają fulereny koncentrycznie zamknięte jeden w drugim, to warstwy grafenowe z rdzeniem w środku, zazwyczaj oddalone od siebie o 0,334 nm, tak jak w pirolitycznym graficie. W zależności od metody stosowanej do otrzymywania tych nanostruktur, mogą one mieć różną wielkość oraz kształt, być puste, pełne lub domieszkowane metalem, a w konsekwencji mogą mieć różne właściwości fizykochemiczne oraz zastosowanie. Metoda zaproponowana w 1994 roku przez Kuznetsova, polegająca na wyżarzaniu nanocząstek diamentu o średnicy kilku nanometrów, w atmosferze obojętnego gazu i wysokiej temperaturze (ok. 1700°C), prowadzi do formowania sferycznych nanostruktur węglowych (wydajność ok. 90%). Średnica tworzonych CNO jest w przybliżeniu równa 5-6 nm. Nanostruktury otrzymane w tych warunkach, nazywane są umownie „małymi” sferycznymi CNO.
Czy „małe” CNO posiadają zalety w porównaniu z innymi nanostrukturami węglowymi? Sferyczne struktury CNO wydają się być materiałami, które w wielu obszarach, mogą konkurować z powszechnie stosowanymi nanorurkami węglowymi i niższymi fulerenami. Termograwimetryczna analiza CNO wskazała na wysoką trwałość w powietrzu, wyższą niż C60. Dodatkowo CNO wykazują paramagnetyczny charakter, silną absorpcję w zakresie światła widzialnego, bardzo dobre właściwości przewodzące i wysoką reaktywność chemiczną, porównywalną do jednowarstwowych fulerenów.
Głównym celem moich zainteresowań jest wykorzystywanie „małych” CNO do wbudowywania ich w układy supramolekularne i kompozytowe o kontrolowanych właściwościach fizycznych oraz chemicznych. Przeprowadzone badania z wykorzystaniem CNO umożliwiły zgromadzenie podstawowej wiedzy na temat: (i) strukturalnej i powierzchniowej modyfikacji CNO w celu zwiększenia ich dyspersyjności oraz aktywności chemicznej, (ii) charakterystyki właściwości fizykochemicznych układów supramolekularnych lub kompozytowych, ze szczególnym uwzględnieniem ich właściwości elektrochemicznych i elektrokatalitycznych, (iii) powierzchniowej modyfikacji CNO celem selektywnego ich oddziaływania z biomolekułami i związkami aktywnymi chemicznie, oraz (iv) syntezy układów donorowo-akceptorowych.
Na podkreślenie zasługuje również fakt wykazania ogromnej uniwersalności stosowanych nanostruktur węglowych i ich dużych możliwości praktycznych. Opracowano efektywne procedury otrzymywania pochodnych donorowo-akceptorowych oraz materiałów kompozytowych do konstruowania ogniw fotowoltaicznych i kondensatorów. Interesujące wydają się być również badania w kierunku biologicznych i medycznych zastosowań. Niska cytotoksyczność CNO oraz ich rozmiar dają szereg możliwości aplikacyjnych, zarówno w badaniach „in vivo” jak i „in vitro”. CNO mogą być stosowane w bioczujnikach jako platforma do unieruchamiania biomolekuł, ponieważ te ostatnie zachowują swoją bioaktywność oraz pozwalają na wzmocnienie mierzonego sygnału, obniżając czułość analityczną stosowanej metody. Realizowane badania wskazują jednoznacznie, że ten nanostrukturalny materiał węglowy ma bardzo interesujące właściwości fizykochemiczne i biologiczne, które mogą być wykorzystywane w przyszłości w wielu dziedzinach.

Badania nad syntezą, właściwościami fizykochemicznymi i biologicznymi oraz zastosowaniem nanocebulek węglowych prowadzone były i są dzięki finansowaniu z Narodowego Centrum Nauki oraz ze środków MNiSzW w ramach projektów własnych (OPUS 2017/25/B/ST5/01414; SONATA BIS UMO-2012/05/E/ST5/03800; OPUS UMO-2011/01/B/ST5/06051; N N204 111535).