A carregar...
Publicação
Development of Metal-organic Frameworks as Versatile Materials for Applications in Crystal Structure Determination and Photocatalysis
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 19.06 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Structural characterization of non-crystallizable compounds is an impending issue
needing to be solved. With single-crystal X-ray diffraction (SCXRD), the absolute configura-
tion of structures can be determined. However, obtaining single crystals is not always an easy
procedure. The introduction and development of the Crystalline Sponge Method (CSM),
which requires the encapsulation of guest molecules into the pores of a crystalline metal-or-
ganic framework (MOF), was a big step in structural determination through SCXRD.
MOFs are a popular class of materials due to their large pores and high-specific surface
area, making them ideal candidates for a wide range of applications, including gas storage and
as (photo-)catalysts. In addition, gaseous hydrogen is a promising candidate as a green and
sustainable alternative energy source. Therefore, the use of MOFs as photocatalysts to produce
hydrogen from water splitting is becoming a widely a hot topic for researchers.
In this work, we developed Zr- and Zn-MOFs for their application as crystalline
sponges and as photocatalysts for hydrogen production through water splitting. The synthe-
sized materials were characterized by diffuse reflectance spectroscopy (DRS), infrared (FTIR),
and when possible, by powder and single-crystal X-ray diffraction (PXRD and SCXRD, respec-
tively).
A new Zn-MOF bearing three triazine-tripyridine (tpt) ligands and triflate substituents
was obtained. However, SCXRD studies showed that this new material displayed a small size
pore when compared to the original material employed in the CSM. In addition, when at-
tempting the preparation of the new Zn-MOF, two polymorphs of a cationic Zn-complex con-
sisting of two tpt, two water and two methanol substituents were obtained. Within the CSM
studies, the crystal structure of o-isopropylaniline and of propargyl alcohol, both liquid com-
pounds at room temperature, were achieved. An unreported Zr-O cluster and promising re-
sults in the photocatalytic hydrogen production with our MOF-systems, using two different
aqueous sacrificial agent solutions were also obtained.
A caracterização estrutural de compostos não cristalizáveis é um problema pendente que necessita de uma solução. Com a difração de raios-X de cristal único (SCXRD), a configu- ração absoluta de estruturas pode ser determinada, mas a obtenção de cristais únicos não é um procedimento fácil. A introdução e desenvolvimento do Método da Esponja Cristalina (CSM), que requer o encapsulamento de moléculas de um composto guest nos poros de uma estrutura metal-orgânica (MOF) cristalina, foi um grande passo na determinação estrutural por SCXRD. O hidrogénio gasoso é um candidato promissor como uma fonte de energia alternativa, verde e sustentável ao sistema de hidrocarbonos atual. Além disso, os MOFs são um material popular devido aos seus poros largos e área de superfície altamente específica, daí terem sido apontados como potenciais fotocatalisadores para a produção de hidrogénio. Neste trabalho desenvolvemos Zr- e Zn-MOFs para a sua aplicação como esponjas cris- talinas e fotocatalisadores na produção de hidrogénio através da divisão da água. Os materiais sintetizados foram caracterizados por espectroscopia de refletância difusa (DRS) e de infraver- melho (IV), assim como, quando possível, difração de raios-X de pó (PXRD) e de cristal único (SCXRD). Um novo Zn-MOF com três triazinas-tripiridinas (TPT) e substituintes triflato foi ob- tido. No entanto, estudos por SCXRD mostram que este novo material apresentava um poro pequeno comparativamente à esponja original da CSM. Adicionalmente, aquando da prepa- ração do novo Zn-MOF, dois polimorfos de um complexo catiónico de Zn, consistindo em duas TPT, duas águas e dois substituintes metanol, foram obtidos. Dentro dos estudos de CSM, a estrutura cristalina da o-isopropilanilina e do álcool propargílico, ambos líquidos à temperatura ambiente, foram alcançadas. Um cluster de Zr-O por reportar e resultados pro- missores na produção de hidrogénio por fotocatálise com o nosso sistema de MOFs, usando dois agentes sacrificiais aquosos diferentes, também foram conquistados.
A caracterização estrutural de compostos não cristalizáveis é um problema pendente que necessita de uma solução. Com a difração de raios-X de cristal único (SCXRD), a configu- ração absoluta de estruturas pode ser determinada, mas a obtenção de cristais únicos não é um procedimento fácil. A introdução e desenvolvimento do Método da Esponja Cristalina (CSM), que requer o encapsulamento de moléculas de um composto guest nos poros de uma estrutura metal-orgânica (MOF) cristalina, foi um grande passo na determinação estrutural por SCXRD. O hidrogénio gasoso é um candidato promissor como uma fonte de energia alternativa, verde e sustentável ao sistema de hidrocarbonos atual. Além disso, os MOFs são um material popular devido aos seus poros largos e área de superfície altamente específica, daí terem sido apontados como potenciais fotocatalisadores para a produção de hidrogénio. Neste trabalho desenvolvemos Zr- e Zn-MOFs para a sua aplicação como esponjas cris- talinas e fotocatalisadores na produção de hidrogénio através da divisão da água. Os materiais sintetizados foram caracterizados por espectroscopia de refletância difusa (DRS) e de infraver- melho (IV), assim como, quando possível, difração de raios-X de pó (PXRD) e de cristal único (SCXRD). Um novo Zn-MOF com três triazinas-tripiridinas (TPT) e substituintes triflato foi ob- tido. No entanto, estudos por SCXRD mostram que este novo material apresentava um poro pequeno comparativamente à esponja original da CSM. Adicionalmente, aquando da prepa- ração do novo Zn-MOF, dois polimorfos de um complexo catiónico de Zn, consistindo em duas TPT, duas águas e dois substituintes metanol, foram obtidos. Dentro dos estudos de CSM, a estrutura cristalina da o-isopropilanilina e do álcool propargílico, ambos líquidos à temperatura ambiente, foram alcançadas. Um cluster de Zr-O por reportar e resultados pro- missores na produção de hidrogénio por fotocatálise com o nosso sistema de MOFs, usando dois agentes sacrificiais aquosos diferentes, também foram conquistados.
Descrição
Palavras-chave
Metal-Organic Frameworks Photocatalysis Hydrogen Production Structural Determination Crystallography Crystalline Sponge Method