Spectroscopic characterization of a new class of pi-conjugated ladder polymers

The following thesis work arises from the collaboration with the research group of Professor Jean-Francois Morin of Université Laval (Québec, Canada). Chemists expert in the synthesis of carbon-based molecules have recently synthesized four graphene nanoribbons that have been the subject of study of my thesis. The main purpose of this experimental work is the spectroscopic characterization of the new macromolecules. Sharing this project was a particularly intriguing challenge since graphene-based polymers are currently the basis of research in the world of nanoelectronics. Initially, a qualitative analysis was carried out through UV-Vis absorption spectroscopy. Then, by exploiting the complementarity of the two Raman and IR techniques, it was possible to achieve a complete vibrational characterization of polymers. Part of the work was also dedicated to the optical response of polymers through fluorescence spectroscopy. All analyses were performed on solid-state and solution polymers. The DFT theory, which over the years has become one of the main methods of calculation, has proved to be a necessary tool for determining the atomic structure. In particular we focused the attention on two of the four polymers. In the second part of the work we focused on one of the four polymers, identifying it as the most "performing" from the point of view of the optical response. To improve the Raman signals stability, we decided to take advantage of the combination of annealing and spinning cell techniques. The next goal was to exploit the SERS technique for the Raman signal amplification. The technique is due to the interaction of electromagnetic radiation with a metal substrate (in our case silver or gold) near which the sample is to be analyzed. A protonation test was finally carried out to have more possibility to get SERS.

Il seguente lavoro di tesi nasce dalla collaborazione con il gruppo di ricerca del Professor Jean-Francois Morin della Université Laval (Québec, Canada). Chimici esperti nella sintesi di molecole a base di carbonio hanno recentemente sintetizzato quattro nanoribbons di grafene i quali sono stati oggetto di studio della mia tesi. Lo scopo principale del lavoro sperimentale è la caratterizzazione spettroscopica delle nuove macromolecole. Partecipare allo sviluppo di questo progetto è stata una sfida particolarmente intrigante dal momento che polimeri a base di grafene rappresentano attualmente la base della ricerca nel mondo della nanoelettronica. Inizialmente è stata svolta un’analisi qualitativa attraverso la spettroscopia di assorbimento UV-Vis. Sfruttando la complementarità delle due tecniche Raman e IR, è stato possibile ottenere una completa caratterizzazione vibrazionale dei polimeri. Parte del lavoro è stato dedicato anche alla risposta ottica dei polimeri attraverso la spettroscopia di fluorescenza. Tutte le analisi sono state effettuate sui polimeri allo stato solido e in soluzione. La teoria DFT, divenuta negli anni uno dei principali metodi di calcolo, si è rivelata uno strumento necessario per la determinazione della struttura atomica, in particolare abbiamo concentrato l’analisi su due dei quattro polimeri. Nella seconda parte del lavoro ci siamo focalizzati su uno dei quattro polimeri, identificandolo come il più “performante” dal punto di vista della risposta ottica. Per migliorare la stabilità dei segnali Raman abbiamo pensato di sfruttare la combinazione delle tecniche di annealing e spinning cell. L’obiettivo successivo è stato quello di sfruttare la tecnica SERS per l’amplificazione del segnale Raman. La tecnica è dovuta all’interazione della radiazione elettromagnetica con un substrato metallico (nel nostro caso argento o oro) in prossimità del quale si trova il campione da analizzare. Un test di protonazione è stato infine effettuato per migliorare le possibilità di ottenere SERS.