In this thesis work, I investigated the role of different solutions and targets in the production of carbon atomic wires, and in particular polyynes, by Pulsed Laser Ablation in Liquid (PLAL). I selected alcohols (methanol, ethanol and isopropyl-alcohol), naphthalene and two of its hydrogenated derivatives (decalin and tetralin). A Nd:YAG laser was employed to perform the PLAL synthesis, while High Performance Liquid Chromatography (HPLC) was used to separate polyynes in solution and to characterize them with a photodiode-array integrated in the system. To fulfil the thesis goal, I focused on the analysis of concentrations of H-capped polyynes in terms of the C/H ratios of the solvents, both in their pure form and as binary mixtures. I expected to promote the synthesis of longer polyynes at the expense of shorter ones by increasing the C/H ratio of the solvent. In the case of pure solvents, the increase in long polyynes production was correlated to an increase of the C/H ratio and viscosity, and to a decrease in the polarity of the solvent. In binary mixtures, these results were not confirmed, and the reason is attributed to the compatibility of the components in terms of polarity. Naphthalene was proven to be a direct source of H-polyynes when dissolved in an apolar solvent and when used as target for the ablation. These results seems to confirm a ring-opening mechanism of naphthalene structure suggested in other studies.

Il carbonio esiste sotto forma di diverse forme allotropiche, quali il diamante, la grafite, il grafene, i nanotubi e i fullereni. In queste specie, gli atomi di carbonio presentano orbitali ibridi sp2 o sp3. Recentemente, è stata ipotizzata l'esistenza di un materiale composto interamente da atomi di carbonio ibridizzati sp, una catena infinita di atomi, chiamata carbyna, per cui sono predette proprietà meccaniche ed elettroniche potenzialmente rivoluzionarie. Oggi è possibile sintetizzare catene di lunghezza finita, dette Carbon Atom Wires, sotto forma di due isomeri: la poliina, più stabile, in cui si alternano legami singoli e tripli, e il cumulene, caratterizzato invece da una sequenza di legami doppi.Lo scopo di questa tesi consiste nell’ esplorare l'effetto di diverse soluzioni e target sulla produzione di poliine tramite ablazione laser pulsata in liquido. Sono stati esplorati soprattutto naftalene e due dei suoi derivati idrogenati (decalina e tetralina), sull' ipotesi che le loro strutture ad anello, in condizioni di plasma generate dal laser, possano aprirsi e favorire la sintesi di catene più lunghe. Anche alcuni alcoli (metanolo, etanolo e alcol isopropile) sono stati indagati come solventi per l'ablazione. Per la sintesi è stato utilizzato un laser Nd:YAG, mentre la caratterizzazione è stata effettuata tramite High Perfomance Liquid Chromatography (HPLC) integrata con detector UV-Vis. Per conseguire l'obiettivo, ho analizzato le concentrazioni di poliine terminate con atomi di idrogeno, al variare del rapporto C/H dei solventi, sia in forma pura che come soluzioni binarie. È stato ipotizzato che l'aumento di questo rapporto comportasse una maggiore concentrazione di catene lunghe. Nel caso di solventi puri, la maggior produzione di catene lunghe è stata correlata a un aumento del rapporto C/H e della viscosità, e ad una diminuzione della polarità. Tali risultati non sono stati confermati nel caso di soluzioni binarie, probabilmente a causa della importante differenza di polarità tra i componenti. È stato dimostrato che il naftalene rappresenta una fonte diretta di poliine se disciolto in un solvente apolare o se usato come target per l'ablazione.

Investigation of naphthalene and its hydrogenated derivatives in the formation process of polyynes by pulsed laser ablation in liquid

Benoliel, Marco
2019/2020

Abstract

In this thesis work, I investigated the role of different solutions and targets in the production of carbon atomic wires, and in particular polyynes, by Pulsed Laser Ablation in Liquid (PLAL). I selected alcohols (methanol, ethanol and isopropyl-alcohol), naphthalene and two of its hydrogenated derivatives (decalin and tetralin). A Nd:YAG laser was employed to perform the PLAL synthesis, while High Performance Liquid Chromatography (HPLC) was used to separate polyynes in solution and to characterize them with a photodiode-array integrated in the system. To fulfil the thesis goal, I focused on the analysis of concentrations of H-capped polyynes in terms of the C/H ratios of the solvents, both in their pure form and as binary mixtures. I expected to promote the synthesis of longer polyynes at the expense of shorter ones by increasing the C/H ratio of the solvent. In the case of pure solvents, the increase in long polyynes production was correlated to an increase of the C/H ratio and viscosity, and to a decrease in the polarity of the solvent. In binary mixtures, these results were not confirmed, and the reason is attributed to the compatibility of the components in terms of polarity. Naphthalene was proven to be a direct source of H-polyynes when dissolved in an apolar solvent and when used as target for the ablation. These results seems to confirm a ring-opening mechanism of naphthalene structure suggested in other studies.
MARABOTTI, PIETRO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2021
2019/2020
Il carbonio esiste sotto forma di diverse forme allotropiche, quali il diamante, la grafite, il grafene, i nanotubi e i fullereni. In queste specie, gli atomi di carbonio presentano orbitali ibridi sp2 o sp3. Recentemente, è stata ipotizzata l'esistenza di un materiale composto interamente da atomi di carbonio ibridizzati sp, una catena infinita di atomi, chiamata carbyna, per cui sono predette proprietà meccaniche ed elettroniche potenzialmente rivoluzionarie. Oggi è possibile sintetizzare catene di lunghezza finita, dette Carbon Atom Wires, sotto forma di due isomeri: la poliina, più stabile, in cui si alternano legami singoli e tripli, e il cumulene, caratterizzato invece da una sequenza di legami doppi.Lo scopo di questa tesi consiste nell’ esplorare l'effetto di diverse soluzioni e target sulla produzione di poliine tramite ablazione laser pulsata in liquido. Sono stati esplorati soprattutto naftalene e due dei suoi derivati idrogenati (decalina e tetralina), sull' ipotesi che le loro strutture ad anello, in condizioni di plasma generate dal laser, possano aprirsi e favorire la sintesi di catene più lunghe. Anche alcuni alcoli (metanolo, etanolo e alcol isopropile) sono stati indagati come solventi per l'ablazione. Per la sintesi è stato utilizzato un laser Nd:YAG, mentre la caratterizzazione è stata effettuata tramite High Perfomance Liquid Chromatography (HPLC) integrata con detector UV-Vis. Per conseguire l'obiettivo, ho analizzato le concentrazioni di poliine terminate con atomi di idrogeno, al variare del rapporto C/H dei solventi, sia in forma pura che come soluzioni binarie. È stato ipotizzato che l'aumento di questo rapporto comportasse una maggiore concentrazione di catene lunghe. Nel caso di solventi puri, la maggior produzione di catene lunghe è stata correlata a un aumento del rapporto C/H e della viscosità, e ad una diminuzione della polarità. Tali risultati non sono stati confermati nel caso di soluzioni binarie, probabilmente a causa della importante differenza di polarità tra i componenti. È stato dimostrato che il naftalene rappresenta una fonte diretta di poliine se disciolto in un solvente apolare o se usato come target per l'ablazione.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/173971