Defect engineering: Advancing the structural properties of UiO-66 via modulation approach
Kusur mühendisliği: UıO-66'nın yapısal özelliklerinin modülasyon yaklaşımıyla geliştirilmesi
- Tez No: 879461
- Danışmanlar: PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: 130
Özet
Gözenekli malzeme sınıflarından metal-organik çerçeveler (MOF'ler), yapısal ve kimyasal çeşitlilikleri, gözenek boyutu dağılım spektrumları ve kimyasal işlevsellikleri ile dikkat çekmektedir. Bu çeşitlilik ve benzersiz yapıları, metal-organik çerçevelere adsorpsiyon ve kataliz gibi birçok alanda inanılmaz bir potansiyel kazandırır. Zirkonyum bazlı metal-organik çerçeveler yüksek termal, kimyasal ve mekanik stabiliteleriyle öne çıkmaktadır. Zirkonyum bazlı metal-organik bir çerçeve olan UiO-66, literatürde en çok araştırılan metal-organik çerçevelerden biridir. Kusur mühendisliği yaklaşımı, UiO-66'nın gözenekliliğini ve işlevselliğini geliştirmek, böylece performansını artırmak için kullanılır. Kusur mühendisliği, metal-organik çerçevelerdeki yapısal kusurları kontrollü ve sentetik yollarla manipüle eder. Bu yaklaşımın, yüksek yoğunluktaki kusurları tolere ederken stabilitesini koruyan UiO-66 üzerinde etkinliği kanıtlanmıştır. UiO-66'nın bu olumlu özelliklerinden dolayı literatürde UiO-66 çerçevesindeki kusurların kontrol altına alınmasına yönelik birçok çalışma yapılmıştır. Modülasyon yaklaşımıyla sentezlenen metal-organik çerçeveler, ideal (kusursuz) çerçevelerden daha yüksek gözenekliliğe, yüzey alanına ve hidrofilikliğe sahip olma eğilimindedir ve dolayısıyla yapılarındaki eksik bağlayıcı/küme kusurları sayesinde gelişmiş adsorpsiyon performansına sahiptir. Bu şekilde UiO-66 metal-organik çerçevesindeki yapısal kusurların kontrolü sağlanabilir. Kusurlu metal-organik çerçeveler adsorpsiyon, kataliz ve saflaştırma alanlarındaki birçok uygulamada kullanılabilir. Bu çalışmada öncelikle temel malzeme olarak referans Zirkonyum bazlı UiO-66 sentezlmiş, ardından sıcaklık, zaman modülasyonu ve modüle edici ajanların varlığında kusurlu UiO-66 sentezlenmiştir. Böylece değişen modülatör miktarı, reaksiyon sıcaklığı ve reaksiyon süresinin UiO-66'nın fiziksel ve kimyasal özelliklerine etkisi çeşitli analizlerle belirlenmiştir. Sonuçlar, UiO-66'nın yüzey alanının, gözenekliliğinin, toplam gözenek hacminin ve su alma kapasitesinin, modülatör konsantrasyonu ve modülatör asitliği arttıkça artma eğiliminde olduğunu ortaya koymuştur. Üstelik daha düşük reaksiyon sıcaklığı ve daha düşük sentez süresi, daha kusurlu bir UiO-66 yapısına yol açmıştır. Sonuçlar ayrıca UiO-66'nın morfolojisi, yüzey alanı, kusurluluğu ve su alma kapasitesinin, MOF'ların modülasyon yaklaşımıyla de-novo sentez ile yeniden uyarlanabileceğini göstermiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar, kusur mühendisliği yaklaşımıyla modülatör varlığında sentezlenen metal-organik çerçevelerin su toplama uygulamalarında performansının arttırılmasına yol açabilir.
Özet (Çeviri)
Among the porous material classes, Metal-Organic Frameworks (MOFs) draw attention with their structural and chemical diversity, pore size distribution spectrum and chemical functionality. These diversity and unique structures give MOFs incredible potential in many fields such as adsorption and catalysis. Zirconium-based MOFs stand out with their high thermal, chemical and mechanical stability. UiO-66, a Zirconium-based MOFs, is one of the most researched metal-organic frameworks in literature. Defect engineering approach, is used to improve the porosity and functionality of UiO-66, thereby increasing its performance. Defect engineering manipulates the structural defects in MOFs by controlled and synthetic means. This approach has proven effectiveness on UiO-66, which retains its stability while tolerating high density of defects. Due to these positive properties of UiO-66, many studies have been carried out in the literature on controlling the defects in the UiO-66 framework. MOFs synthesized through modulation approach tend to have higher porosity, surface area, and hydrophilicity than ideal (defect-free) frameworks, and therefore improved adsorption performance, thanks to the missing linker/cluster defects in their structures. In this way, control over structural defects in the UiO-66 MOF can be achieved. Defective metal-organic frameworks can be used in many applications in the fields of adsorption, catalysis and purification. In this study, firstly, the reference Zirconium-based UiO-66 has been synthesized as the base material, and then defective UiO-66 has been synthesized through temperature, time modulation, and in the presence of modulating agents. Thus, the effects of changing modulator amount, reaction temperature and reaction time on the physical and chemical properties of UiO-66 has been determined by various analyses. The results revealed that the surface area, porosity, total pore volume and the water uptake capacity of UiO-66 tend to increase with increasing modulator concentration and modulator acidity. Moreover, the lower reaction temperature and the lower synthesis time led to a more defective UiO-66 framework. The results also exhibited that the morphology, surface area, defectivity and the water uptake capacity of UiO-66 can be tailored by the modulation approach via de-novo synthesis of MOFs. The results obtained in this study can lead to the improvement of performance in water harvesting applications of MOFs synthesized in the presence of modulator with a defect engineering approach.
Benzer Tezler
- Biyomagnetik olaylar
Başlık çevirisi yok
M.TOGAN ÇANDIR
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. İNCİ AKKAY
- Investigation of infrared phosphorescence properties of chromium doped lanthanum gallogermanate phosphors sythesized by sol-gel method
Sol-gel yöntemi ile sentezlenen krom katkılı lantan galogermanat fosforlarının kızılötesi fosforesans özelliklerinin incelenmesi
BURCU CAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
- Nanomekanikte yerel olmayan elastisite teorisi ve çok-ölçekli modellemeye uygulanması
Nonlocal theory of elasticity in nanomechanics and application to multiscale models
MERAL TUNA EROĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- MAG kaynak yönteminde dış manyetik alanların kaynak dikiş formuna ve ITAB'a etkisi
The Effect of external magnetic fields an weld bead form and heat affected zone in MAG welding process
İZZET TÜRKOCAĞI
- Elektron ışın kaynağı ve otomotiv endüstrisindeki uygulamaları
Başlık çevirisi yok
ERCAN CİHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAHATTİN ANIK