Rational Design and Synthesis of Water Stable Metal-organic Frameworks Using meta-carborane based Bidentate Ligands and Their Singularity-driven Applications
Aquest treball de Tesi està dedicat a la síntesi de lligands basats en la unitat meta-carborà, per a construcció racional d'una sèrie de MOF funcionals i així explorar les aplicacions derivades de les propietats dels mateixos. A més de l'excel·lent estabilitat en aigua, aquests MOFs deriva...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:273032 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/273032 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Xarxes metal·lorganiques Redes metalorganicas Metal organic frameworks Carrboran Carborano Frameworks PolimersdDe coordinació Polimero de coordinación Coordination polymers Ciències Experimentals |
| Sumario: | Aquest treball de Tesi està dedicat a la síntesi de lligands basats en la unitat meta-carborà, per a construcció racional d'una sèrie de MOF funcionals i així explorar les aplicacions derivades de les propietats dels mateixos. A més de l'excel·lent estabilitat en aigua, aquests MOFs derivats del meta-carborà mostren diferents propietats, com ara una millor conductivitat elèctrica de l'híbrid CBMOF-1/PPy, elevat nombre de metalls insaturats a CBMOF-2, un eficient "efecte antena" a mCB-EuyTb1-i i el magnetisme de mCB-Gd, heretat del Gd3+. Basats en aquestes propietats, es proposen diverses aplicacions potencials impulsades per la singularitat. S'han observat bones prestacions en emmagatzematge d'energia, activitat catalítica, luminescència i imatge per ressonància magnètica (IRM). Al capítol 3 es descriu un mètode senzill per intercalar polipirrol (PPy) als canals d'un MOF basats en la unitat metacarborà altament flexible (CBMOF-1), mitjançant la polimerització in-situ de monòmers de pirrol (Py). Després de la introducció de PPy, la porositat de composite es manté de manera permanent. A més, la seva conductivitat es veu incrementada a causa de la presència de PPy. S'observa una millora millor en la velocitat, l'emmagatzematge de càrrega i el reciclatge d'un elèctrode construït amb el MOF híbrid per a supercondensadors. En comparació amb el MOF original, la capacitància dàrea específica de lhíbrid millora set vegades. Al capítol 4 es mostra la síntesi d'un lligand derivat del meta-carborà amb baixa simetria, especialment dissenyat per construir el MOF estable en aigua CBMOF-2. Aquest MOF mostra una activitat catalítica excepcional en la reacció d'addició aza-Michael, gràcies a l'increment en l'estabilitat, els llocs àcids de Lewis accessibles i l'estructura 1D. S'han assolit conversions properes al 100% i el catalitzat s'ha pogut fer servir, almenys, durant quatre cicles catalítics sense pèrdua significativa d'activitat. Al capítol 5 es descriu la síntesi i disseny d'una sèrie de MOFs derivats del metacarborà amb lantànids (Ln-MOFs). A més d'una excel·lent estabilitat química i tèrmica d'aquests materials, aquests mostren una luminescència molt intensa i amb alts rendiments quàntics. Això últim és degut a un efecte antenna molt eficient i com a conseqüència del carborà. La substitució del fragment carborà per un grup fenil provoca una disminució de l'eficiència del procés luminiscent. El MOF bimetàl·lic mCB-Eu0.1Tb0.9 mostra un increment del 237% en la seva luminescència en comparació del corresponent derivat monometàl·lic mCB-Eu. A causa de les estretes bandes d'emissió, la possibilitat de variar la composició i el control sobre l'eficiència de la transferència energètica entre els diferents lantànids, s'ha trobat una emissió de colors dependents del temps i un codi de barres als Ln-MOFs amb dos metalls. En el capítol 6 es descriu el disseny i la síntesi de MOF mCB-Gd, amb alta estabilitat en aigua, mitjançant el mateix mètode solvotermal emprat per a mCB-Ln. El MOF de Gd (Gd-MOF) mostra un excel·lent efecte de contrast, tant en temps de relaxació longitudinal (T1) com a transversal (T2), cosa que indica la possible aplicació d'aquest MOF com a agent de contrast (AC) per a IRM. Posteriorment s'ha aconseguit disminuir la mida dels vidres del MOF a la nanoescala (~60 nm), de manera senzilla, mitjançant un mètode basat en l'ús d'una emulsió facilitada per un polímer. Posteriorment s'ha adoptat una estratègia bicapa per estabilitzar la suspensió del nano-size Gd-MOF en aigua. Aquesta investigació, encara en procés, eixamplarà les perspectives en el disseny i la síntesi de MOF multifuncionals derivats del metacarborà per a aplicacions bio. |
|---|