Metal-organic frameworks (MOFs): Synthesis, characterization, and potential applications
Metal-organik çerçeveler (MOF'lar): Sentezi, karakterizasyonu ve potansiyel uygulamaları
- Tez No: 761941
- Danışmanlar: Prof. Dr. BURCU AKATA KURÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 168
Özet
Metal-organik çerçeveler (MOF'lar), üç boyutlu moleküler çerçeve oluşturmak için organik bağlayıcılar (destekler) ile bağlanan metal kümelerden (düğümlerden) oluşan, gelişmekte olan bir kristal gözenekli malzeme sınıfıdır. MOF'lar olağanüstü özellikleri nedeniyle son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Dikkate değer tasarım esnekliği, ultra yüksek gözenekliliği, yüksek spesifik yüzey alanı ve ayarlanabilir kimyası nedeniyle MOF'lar temiz enerji, gaz adsorpsiyonu ve katalizör alanlarındaki potansiyel uygulamalar için vazgeçilmezdir. Bu çalışmada, üç tip MOF: zirkonyum bazlı (Zr-MOF) UiO-66, titanyum bazlı (Ti- MOF) MIL-125 ve vanadyum bazlı (V-MOF) MIL-47 solvotermal yöntemle sentezlenmiştir. Bu çalışmada sentezlenen üç MOF, farklı moleküler çerçeve yapılarına ve topolojilerine sahiptir. MOF'lar, farklı sentez sıcaklıkları, öncül madde konsantrasyonları, reaksiyon süresi ve modülatörler kullanılarak sentezlenmiştir. UiO-66 MOF, farklı sentez sıcaklıklarında (80°C, 100°C ve 120°C) ve farklı öncül madde (ZrCl4 ve H2bdc) konsantrasyonlarında yani ZrCl4 8.6-19.1 mM ve H2bdc 8.6-36.1 mM'da sentezlenmiştir. Sentez sıcaklığı ve öncül madde konsantrasyonunun, UiO-66'in sentez (reaksiyon) süresiyle birlikte UiO-66 kristallerinin boyut ve morfolojisini etkilediği gösterilmiştir. HCl, asetik asit ve trietilamin gibi modülatörlerin kullanımı, kristallerin morfolojisini ve boyutunu etkilemiştir. Ayrıca, sentez süresi, UiO-66'nın sentez çözeltisine modülatörlerin eklenmesinden de etkilenmiştir. UiO-66 MOF'un su tutma kapasitesi de 30°C'de %25-80 bağıl nem (%Rh) değerleri için test edilmiştir. MIL-125 sentezi, eldivenli kabin kullanılmadan farklı deney koşulları altında gerçekleştirilmiştir. MIL-125, 100°C, 130°C, 150°C ve 160°C'de sentezlenmiş ve sentez sıcaklığının MIL-125 kristallerinin morfolojisini etkilediği gözlenmiştir. Sentez süresi (2 gün ve 3 gün), sentezlenen MIL-125 kristallerinin morfolojisini değiştirmiştir. Reaktant konsantrasyonları (H2bdc ve titanyum izopropoksit) ve sentez sırasında oluşan safsızlıklar MIL-125 MOF ürününü etkilemiştir. Ayrıca, aynı deneysel koşullar ve öncül madde konsantrasyonlarında sentezlendiğinde bile MIL- 125 kristal şeklinde bir partiden partiye bazı varyasyonlar gözlemlenmiştir. MIL-47, farklı sentez sıcaklıklarında (160°C ve 220°C), reaksiyon sürelerinde (1 gün, 3 gün ve 5 gün) ve öncül madde (H2bdc ve VOSO4.nH2O) konsantrasyonlarında sentezlenmiştir. Sentez sıcaklığı, MIL-47 kristallerinin şeklini ve ayrıca sentez (reaksiyon) süresini etkilemiştir. MIL-47 MOF için farklı deney koşullarında farklı kristal morfolojileri elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Metal-organic frameworks (MOFs) are an emerging class of crystalline porous materials that consist of metal clusters (nodes) connected by organic linkers (struts) to form a three-dimensional molecular framework. MOFs have attracted considerable attention in recent years owing to their exceptional properties. Due to their remarkable design flexibility, ultra-high porosity, large specific surface area, and tunable chemistry, MOFs are indispensable for potential applications in clean energy, gas adsorption, and catalysis. In this study, three types of MOFs were synthesized by the solvothermal method i.e. UiO-66 a zirconium-based MOF (Zr-MOF), MIL-125 a titanium-based MOF (Ti- MOF), and MIL-47 a vanadium-based MOF (V-MOF). The three MOFs synthesized in this study have different molecular framework structures and topologies. MOFs were synthesized by varying synthesis temperatures, precursor concentrations, reaction time, and using modulators. UiO-66 MOF was synthesized at different synthesis temperatures (80oC, 100oC, and 120oC) and precursor (ZrCl4 and H2bdc) concentrations i.e. ZrCl4 8.6-19.1 mM and H2bdc 8.6-36.1 mM. It was shown that the synthesis temperature and concentration of precursors have affected the synthesis (reaction) time for UiO-66 as well as the size and morphology of the UiO-66 crystals. The use of modulators like HCl, acetic acid, and triethylamine changed the morphology and the size of the crystals. Moreover, the synthesis time was also affected by the introduction of modulators in the synthesis solution of UiO-66. The water adsorption capacity of UiO-66 MOF was also tested for relative humidity (%Rh) values of 25-80% at 30oC. MIL-125 synthesis was achieved under different experimental conditions without the use of a glove box. MIL-125 was synthesized from 100oC, 130oC, 150oC, and 160oC, and it was observed that the synthesis temperature affected the morphology of MIL-125 crystals. The synthesis time (2 days and 3 days) changed the morphology of the synthesized MIL-125 crystals. The reactant concentrations (H2bdc and titanium isopropoxide) and the impurities formed during the synthesis affected the MIL-125 MOF product. Furthermore, some variation in the MIL-125 crystal shape was observed from batch to batch even when synthesized at the same experimental conditions and precursor concentrations. MIL-47 was synthesized at different synthesis temperatures (160oC and 220oC), reaction times (1 day, 3 days, and 5 days), and precursors (H2bdc and VOSO4.nH2O) concentrations. The synthesis temperature affected the shape of the MIL-47 crystals as well as the synthesis (reaction) time. Different crystal morphologies were obtained for MIL-47 MOF at different experimental conditions.
Benzer Tezler
- Porfirin esaslı metal-organik kafes yapıların sentezi, karakterizasyonu ve yapısal özelliklerinin araştırılması
Investigation of synthesis, characterization and structural features of porphyrin based metal-organic frameworks
CEYDA BALKANER
- Investigation of CO2 adsorption performance of spinel oxide & metal-organic structures
Spınel oksıt & metal-organık yapıların CO2 adsorpsıyon performansının araştırılması
DİLARA KÜÇÜKAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER SARIOĞLAN
- Biyolojik temelli metal organik kafes yapıların sentezi, karakterizasyonu ve ilaç taşıyıcı sistem olarak uygulaması
Synthesis, characterization, and application of biological metal-organic frameworks as drug delivery systems
HALİL İBRAHİM ÇETİNTAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA SALGIN
- Metal organic framework (MOF) based mixed matrix membranes for Co2 separation: Microporous metal imidazolate framework (MMIF) and strontium-based mofs
Co2 ayırma amaçlı metal organik kafes (MOF) içeren karışık matrisli membranlar: mikrogözenekli metal imidazolat kafes (MMIF) ve stronsiyum esaslı mof yapılar
MAHDI AHMADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
- Construction and photocatalytic investigation of cadmium(II) metal-organic frameworks based on a cyclotriphosphazene functionalized hexacarboxylate and divergent n-donor ligands
Siklotrifosfazen fonksiyonlu hekzakarboksilat ve farklı n-donör ligandlara dayalı kadmiyum(II) metal-organik kafes yapıların oluşturulması ve fotokatalitik incelenmesi
NİHAL KUZU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS ZORLU
DR. ELİF ÖZCAN