Perilen tabanlı gözenekli poliimid kovalent organik çerçevelerin tasarımı ve sentezi /
Yazar: İREM KÖSE
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN ALTUNDAŞ ; DOÇ. DR. ALİ ENİS SADAK
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Yanma sürecinin nihai karbon emisyon ürünü olan karbondioksit (CO2), sera etkisi 
yoluyla küresel iklim sıcaklığını artırarak ciddi bir çevresel tehdit oluşturmaktadır. 
Gözenekli organik polimerler (Porous Organic Polimers, POPs), karbon yakalama için 
büyük ilgi görmüş ve son zamanların tasarım ve uygulamalarında önemli ilerlemeler 
kaydetmiştir. Bu bağlamda, gözenekli kristal yapıda polimerik bir malzeme türü olan 
kovalent organik çerçevelerler (Covalent Organic Frameworks, COFs), esas olarak 
güçlü kovalent bağlarla bağlanan organik molekül birimleri tarafından meydana 
gelmektedir. COF malzeme grubunun bir alt serisi olarak, poliimid bazlı kovalent 
organik çerçeveler (PI-COF), poliimidin yüksek stabilitesi, COF malzemesinin yüksek 
spesifik yüzey alanı ve ayarlanabilir (tune) gözenek özellikleri gibi avantajlara sahiptir 
ve potansiyel uygulamalara sahip yeni bir tür gözenekli malzeme adayıdır. Bünyesinde 
üç azot atomu barındıran ve birçok doğal ürünün temelini oluşturan indol molekülünün 
trimerleşmesi ile meydana gelen triazatruksen yapısı, aromatik ve planar simetrik 
yapısı, kolayca türevlendirebilir olması nedeniyle polimer kimyasının yeni gözde 
moleküllerinden biridir. Bu tez çalışması kovalent organik çerçeveler grubuna dahil 
olacak triazatruksen-poliimid temelli kovalent organik çerçevelerin sentez ve 
karakterizasyonunu ve elde edilen yeni materyallerin gaz sorpsiyon özelliklerinin 
detaylı bir biçimde incelenmesini kapsamaktadır. Farklı ortam şartlarında
optimizasyonu sağlanan imin-kondensasyon reaksiyonlarının kullanımı, hedeflenen 
uygulamalar için büyük potansiyele sahip PI-COF'ların sentezini sağlamıştır. İlk 
olarak PI-COF'ların sentezi için gerekli olan triazatruksen türevi triaminin bileşiği 
sentezi gerçekleştirilmiştir. Yapılan polimer denemelerinde, çözücü sistemi, sıcaklık, 
anhidirt türevi ve amin türevi parmetreleri değiştirilerek BET yüzey alanları, CO2 ve 
H2 tutma özellikleri incelenmiştir. Sentezlenen bileşikler Fourier Dönüşümlü 
Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), X-ışını Kırınımı (XRD) ve Nükleer Manyetik 
Rezonans (NMR) ile yapısal olarak karakterize edilmiştir. PI-COF'ların termal 
kararlılığı termogravimetrik analiz (TGA) ile, gözeneklilik özellikleri ise BET yüzey 
alanı tayin cihazı yardımıyla ayrıntılı olarak analiz edilmiştir.

Abstract:
Carbon dioxide (CO2), the ultimate carbon emission product of the combustion 
process, poses a serious environmental threat by increasing global climate temperature 
through the greenhouse effect. Porous Organic Polymers (POPs) have garnered 
significant attention for carbon capture and have made substantial advancements in 
recent design and applications. In this context, Covalent Organic Frameworks (COFs), 
a type of polymeric material with a porous crystalline structure, are primarily 
composed of organic molecular units linked by strong covalent bonds. As a sub series 
of the COF material group, polyimide-based covalent organic frameworks (PI-COFs) 
offer advantages such as the high stability of polyimide, the high specific surface area 
of COF materials, and tunable pore characteristics, making them a promising candidate 
for new porous materials with potential applications. The triazatruxene structure, 
formed by the trimerization of the indole molecule, which contains three nitrogen 
atoms and forms the basis of many natural products, is one of the new favored 
molecules in polymer chemistry due to its aromatic and planar symmetrical structure 
and ease of derivatization. This thesis encompasses the synthesis and characterization 
of triazatruxene-polyimide-based covalent organic frameworks, which will be part of 
the covalent organic frameworks group, and a detailed investigation of the gas sorption 
properties of the obtained new materials. The use of imine condensation reactions 
optimized under different environmental conditions has enabled the synthesis of PICOFs with great potential for targeted applications. Initially, the synthesis of the 
triazatruxene derived triamine compound, necessary for the synthesis of PI-COFs, was 
carried out. In the polymer experiments, various parameters such as the solvent system, 
temperature, anhydride derivative, and amine derivative were altered to examine the 
BET surface areas, CO2, and H2 adsorption properties. The synthesized compounds 
were structurally characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The thermal 
stability of the PI-COFs was thoroughly analyzed using Thermogravimetric Analysis 
(TGA), and the porosity properties were analyzed in detail using a BET surface area 
measurement device.