Photoactive materials based on cyclodextrin-functionalized gold nanoparticles

Abstract

L’objectiu d’aquesta tesi és la preparació, la caracterització I l’aplicació de nous materials fotoactius basats en nanopartícules d’or (Au NPs). Degut a les seves interessants propietats òptiques, les potencials aplicacions d’ aquests nanomaterials estant sent intensament explorades en diversos camps d’estudi com la ciencia de materials, la nanomedicina I la nanotecnologia. En moltes d’aquestes aplicacions es crucial la interaccio del nanomaterial amb d’altres molècules, i per això es necessari induir l’apropament entre aquestes estructures i d’altres especies químiques. En aquesta tesi, s’ha explorat la utilització de la química supramolecular com a estratègia per afavorir aquesta aproximació i intentar millorar les aplicacions d’aquestes nanoestructures. Per dur a terme aquesta estrategia, s’han preparat derivats tiolats de ciclodextrines (CD) que s’han incorporat a la superfície de les Au NPs per tal de: i) millorar l’activitat fotocatalítica de les Au NPs en front de reaccions químiques ii) induir l’agregació i desagregació de Au NPs de forma controlada amb llum. En el primer cas, es va poder fotocatalitzar la reacció unimolecular d’isomerització de Z-estilbens amb Au NPs funcionalitzades amb B-CD de forma més eficient que amb Au NPs no funcionalitzades, però quan es van intentar aplicar aquests resultats a processos bimoleculars, Au NPs funcionalitzades amb y-CD no van proporcionar cap tipus de conversió en la reacció de dimerització d’antracens assajada. Pel que fa als estudis d’agregació, els nostres resultats posen de relleu la importància de tenir en compte les interaccions inespecífiques quan s’intenta desenvolupar nous sistemes a través d’associació supramolecular del tipus amfitrió-hoste. En conclusió, en la present tesi doctoral, s’ha demostrat el gran potencial que té la combinació de nanoestructures plasmòniques amb la química supramolecular per al desenvolupament de nous materials fotoactius amb propietats millorades, contribuint així al creixent coneixement en el camp de la nanociència.

The present thesis aimed at the preparation, characterization and application of new photoactive materials based on gold nanoparticles (Au NPs). Due to their interesting optical properties, the potential applications of these nanomaterials are being intensively explored in diverse fields of research like medicine, meterials science and technology. In many of these applications it is crucial the interaction between the nanomaterial and other molecules, and therefore it is necessary to induce the approximation between the nanomaterial and other chemical species. In this thesis we explored the utilization of supramolecular chemistry as an strategy to favor such approximation and try to enhance the potential applications of such nanostructures. For that, proper thiolated derivatives of the cyclodextrin (CD) family of supramolecular hosts have been prepared and subsequently incorporated onto the surface of Au NPs to: i) enhance the photocatalytic activity of Au NPs towards chemical reactions, ii) to induce the aggregation and disaggregation of Au NPs controlled with light. In the former case, B-CD-functionalized Au NPs were able to photocatalyze the isomerization of Z-stilbenes more efficiently than non-functionalized particles, but when trying to expand these results to bimolecular processes, y-CD-functionalized particles did not provide any conversion towards the selected reaction. Regarding the assembly studies, our results highlighted the importance of considering unspecific interactions when trying to develop new systems via specific host-guest association. In conclusion, in the present thesis we have demonstrated the great potential of combining plasmonic nanostructures with supramolecular chemistry to develop new photoactive materials with improved properties, contributing with our work to the increasing knowledge in the expanding field of the nanosicience.