Synthesis, characterization, and functionalization of iron mof by graphene quantum dots utilizing moringa oleifera plant extracts
Moringa oleifera bitki özleri kullanılarak grafen kuantum noktaları ile demir mof lerin sentezi, karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
- Tez No: 766775
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. AHMET AYKAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Çinko, demir, bakır ve nikel gibi bi/üç değerli metalik iyonların di/tri-karboksilik asitlerle, örneğin benzen-1,4 dikarboksilik asit (Tereftalik asit/BDC) ve benzen-1,3,5 trikarboksilik asit (Trimesik asit/TMA), ile kombinasyonundan Metal-organik çerçeve (MOF) adı verilen organik-inorganik hibrit kristalli gözenekli bir malzeme oluşur. Diğer gözenekli malzemelerin aksine, MOF'lar benzersiz bir yapı, yüksek bir yüzey alanı, atomik seviye homojenliği, ayarlanabilir geometri ve topoloji, ile kimyasal işlevselliğe sahip çok düzgün gözenek yapılarına sahiptirler. Birçok araştırmacı, çeşitli metal atomları ve organik bağlayıcıların kombinasyonu ile farklı uygulamalara yönelik MOF'lar tasarlamaşlardır. Ek olarak, hibrit MOF'lar konuk moleküllerin MOF yapısına katılması veya metalik düğme ile farklı ligandların kapsüllenmesi yoluyla oluşturulur. Farklı biyouyumluluk, mükemmel fotolüminesans, iletkenlik, iyi dağılma, düşük toksisite ve yüksek yüzey alanına sahip grafen kuantum noktaları, bu tez çalışmasında hibrit demir-MOF (Fe-MOF) eldesi için konuk molekül olarak kullanılmıştır. MOF'ler lityum iyon pillerde, elektrokatalizde, fotokatalizde, süperkapasitörlerde, biyogörüntülemede ve teşhiste kullanılmaktadır; ilaç dağıtımında belirli molekülleri hedeflemek; bir ilaç taşıyıcısı olarak, belirli gazları emmek, diğer metalleri ve reaktanları depolamak veya suyun arıtılması için de MOF lar yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, farklı ligandlar kullanılarak Fe-MOF sentezi, maringa olifera bitki özütlerinden grafen quantum parçacıklarının eldesi ve sentezlenen MOF'lerin grafen kuantum parçaıkları ile fonksiyonelleştirilmesi ile oluşan hibrit MOF yapıların yapı aydınlatma çalışmalarının yapılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda, solvo/hidrotermal sentez yöntemi kullanılarak moringa oleifera bitki ekstraktı (yeşil kaynak) ve kimyasal kaynaktan (üre ve sitrik asit) negatif yüklü, genellikle mono disperse grafen kuantum noktaları sentezlenmiştir. Benzer şekilde, Tereftalik asit vii (BDC), Trimesik asit (TMA) ligandları ile Demir (III) Klorür heksahidrat (FeCl3C6H12) kullanılarak, iki farklı Fe-MOF ve ayrıca stabilizatör olarak Polivinilpirolidon (PVP) ile bağlayıcı olarak BDC kullanarak başka bir Fe-MOF olmak üzere toplamda üç farklı Fe-MOF sentezlendi. Daha sonra Fe-MOF'ler sentezlenmiş grafen kuantum noktalarıyla 1:10 oranında türevlendirildi. Elde edilen yapıların karekterizasyon çalışmaları UV spektroskopisi, Fourier-dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), X-Işını Kırınım spektroskopisi (XRD), Termogravimetrik analiz (TGA), Raman Spektroskopisi ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirildi. Karekterizasyon sonuçları literatür ışığında değerlendiğinde, MIL-100(Fe), MIL-88B ve MIL-53 MOF'lara benzer karekteristik özelliklere sahip Fe-MOF'ler sentezlendiği ve grafen quantum noktaları ile başarılı bir şekilde işlevselleştirildi tespit edildi. Sentezlenen Fe-MOF'larımızın fotokatalitik aktivetelerinin araştırılması amacıyla metilen mavisinin fotodegradasyonu incelendi. Sonuç olarak, 3 saatten daha kısa bir sürede, metilen mavisinden oluşan 30 ml'lik bir çözelti, sentezlenen Fe-MOF'ların 10 mg ile %84 oranında saflaştırıldı. Bu tez çalışmasının başta yeni nesil MOF sentezleri ve karekterizayonları olmak üzere, bitki ektraktlarından elde edilen kuantum noktacıklarıyla modifiye edilen hibrit MOF ların sentezi ve başta fotokatalitk çalışmalar olmak üzere, ilaç taşıma sistemleri ve biyosensor çalışmalarında kullanımına katkı sunacağına inanılmaktadır.
Özet (Çeviri)
The combination of bi/tri-valent metallic ions such as zinc, iron, copper, and nickel with di/tri-carboxylic acids organic linkers such as benzene-1,4 dicarboxylic acid (Terephthalic acid/BDC) and benzene-1,3,5 tricarboxylic acid (Trimesic acid/TMA), form an organic-inorganic hybrid crystalline porous material called Metal-organic framework (MOF). Unlike other porous materials, MOFs' unique structure has a high surface area, multiple uniform pore structures with atomic level uniformity, tunable geometry, topology, porosity, and chemical functionality. With MOFs, researchers have the ability to engineer a combination of different metal atoms and organic linkers with diverse applications. Additionally, MOFs hybrid structures are formed by the functionalization of MOFs by guest molecules to the metallic node, ligands, or by encapsulation. Graphene quantum dots with distinct biocompatibility, excellent photoluminescence, conductivity, good dispersity, low toxicity, and high surface area, is proposed in this thesis research to be used as the guest molecule in order to fabricate hybrid iron-MOFs (Fe-MOFs). MOFs are being used in lithium-ion batteries, electrocatalysis, photocatalysis, supercapacitors, bioimaging, and diagnostic; to target specific molecules, in drug delivery; as a drug carrier, to absorb specific gases, store other metals and reactants, or purification of water, etc. In this thesis, it is aimed to synthesize graphene quantum dots from Maringa olifera plant extracts, to synthesize Fe-MOF using different ligands, and to perform chracterization studies of hybrid MOF structures formed by functionalization of synthesized MOFs with graphene quantum dots. In this context, negatively charged, generally mono-dispersed graphene quantum dots from moringa oleifera plant extract (green source) and chemical source (urea and citric acid) were synthesized using solvo/hydrothermal synthesis method. Similarly, we synthesized three (3) Fe-MOFs utilizing metal Iron [Iron (III) Chloride hexahydrate (FeCl3C6H12)] with two different organic linkers/ligands; BDC (Terephthalic acid), TMA (Trimesic acid), and linker BDC with stabilizer Polyvinylpyrrolidone (PVP). Next by combining the Fe-MOFs to the synthesized graphene quantum dots with a ratio of 1:10, we successfully functionalized and characterized the hybrid Fe-MOFs using UV spectroscopy, Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction spectroscopy (XRD), Thermogravimetric analysis (TGA), Raman Spectroscopy, and Scanning Electron Microscope (SEM). Based on the linkers used in this experiment, 2nd and 3rd generational MOFs were synthesized, and based on our results Fe-MOFs with literary similarities to MIL-100(Fe), MIL-88B, and MIL-53 MOFs were synthesized and functionalized with graphene quantum dots that are novel for our experiment. By the synthesis and characterization of functionalized hybrid Fe-MOFs, we target to call researchers' attention to the utility of medicinal plants in nanoscience and nanotechnology, as well as open doors for the exploration of hybrid MOFs' applications as biosensors, energy/gas storage materials, separation/purification materials, catalysis, nanozymes, etc. In order to investigate the photocatalytic activities of our synthesized Fe-MOFs, the photodegradation of methylene blue was investigated. As a result, in less than 3 hours, a 30 ml solution of methylene blue was purified by 10 mg of synthesized Fe-MOFs to 84%. It is believed that this thesis study will contribute to the synthesis and characterization of new generation MOFs, the synthesis of hybrid MOFs modified with quantum dots obtained from plant extracts, and their use in drug delivery systems and biosensor studies, especially in photocatalytic studies.
Benzer Tezler
- Non-manyetik ve manyetik lateks partiküllerin sentezi, karakterizasyonu ve doku mühendisliği uygulamaları
Synthesis and characterization of non-magnetic and magnetic latex particles and tissue engineering applications
ANIL SERA KAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Preparation, characterization and in vitro evaluation of multifunctional magnetic nanoparticles for targeted cancer therapies
Çok fonksiyonlu manyetik nanoparçacıkların hedef kanser tedavisinde kullanılabilmesi için hazırlanması, karakterizasyonu ve in vitro çalışmaları
MAİDE GÖKÇE BEKAROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVİM İŞÇİ TURUTOĞLU
- Biyouyumlu manyetik demir oksit nanopartiküllerin sentezi,karakterizasyonu ve teranostik uygulamaları
Synthesis, characterization and theranostic applications ofbiocompatible magnetic iron oxide nanoparticles
MUHAMMED GÜNGÖREN
Doktora
Türkçe
2021
BiyokimyaDicle ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE BAYSAL
PROF. DR. ERSİN KILINÇ
- Synthesis of vertically aligned cnt arrays using liquid based precursors and their functionalization by conjugated polymers
Sıvı bazlı prekürsörler kullanılarak yüzeye dik karbon nanotüp sentezi ve konjuge polimerler ile işlevselleştirmesi
BERİL BAYKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERMAN BENGÜ
- Farklı demir öncüllerinin ve seryum fonksiyonlarının FT-olefin performansına olan etkilerinin incelenmesi
Investigation the effect of different iron precursor and cerium functions on FT-olefin performance
DENİZ BİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR