Bor içeren metal-organik kafes yapıların sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Synthesis, characterization and applications of boron containing metal-organic frameworks
Yazar: DEMET ÖZER
Danışman: PROF. DR. NURSEN ALTUNTAŞ ÖZTAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Metal-organik kafes yapılar metal iyonların organik ligandlarla birleşmesiyle oluşan inorganik koordinasyon polimerleridir. Yüksek yüzey alanlarının, kristalinitelerinin, gözenek büyüklük ve şekillerinin etkisiyle gaz depolama ve gaz ayırmada kullanılan önemli malzemelerdendir. Fosil yakıtların azalması ve artan enerji ihtiyacı alternatif enerji kaynağı olarak hidrojen enerjisinin kullanımına yöneltmiştir. Hidrojen enerjisinin kullanımında en önemli sorun depolamadır. Metal-organik kafes yapıların metal ve ligand türünün, metal/ligand mol oranının, çözücü çeşidinin, sentez yönteminin, sentez sıcaklığının ve sentez süresinin etkisiyle farklı moleküler boşluklara sahip olması hidrojen enerjisi depolamada kullanımını arttırmıştır.
Bor bileşikleri farklı özellikler göstermektedir ve savunma sanayinde, seramik endüstrisinde, tarımda, nükleer santrallerde birçok uygulama alanı bulunmaktadır. Bor hidrür bileşikleri hidrojen depolamada kullanılmaktadır ve bu bileşiklerin patlayıcı özellik göstermemesi hidrojen depolamadaki en büyük sorun olan patlama riskini önlemektedir.

Doktora tezi olarak hazırlanan bu çalışmada, bor içeren metal-organik kafes yapılar sentezlenmiştir. Metal-organik kafes yapıların ve borun özelliklerini içeren yeni malzemelerin sentezi amaçlanmıştır. Ürünlerin yapısal karakterizasyonları FT-IR, 13C-MAS NMR, 11B-NMR, toz ve tek kristal X-ışınları yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Termal davranışları TGA ile incelenmiştir. Yüzey alanları yüzey alan analizörü kullanılarak BET yöntemiyle ölçülmüştür. Borik asit ve farklı ligandlar (trimesik asit, tereftalik asit, süksinik asit, fumarik asit, asetilendikarboksilik asit) kullanılarak hazırlanan kafes yapıların yüzey özellikleri ve hidrojen depolama kapasiteleri karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Metal-organic frameworks are inorganic coordination polymers consisting of metal ions coordinated to organic ligands. Due to the properties of high surface area, crystallinity, pore size and shape, they are important materials used in gas storage and gas separation. The exhaustion of fossil fuels and increasing energy demand have led to the use of hydrogen energy as an alternative energy source. The most important problem in the usage of hydrogen energy is storage. Metal-organic frameworks structurally having different molecular spaces formed by the influence of type of metal and ligand, metal/ligand mole ratio, solvent type, synthesis method, synthesis temperature and synthesis time have increasing uses as hydrogen energy storage systems.
Boron compounds show different characteristics and are used in many applications in defense industry, ceramic industry, agriculture and nuclear power plants. Boron hydride compounds are used in hydrogen storage and nonexplosive properties of these compounds prevent the risk of explosion which is the biggest problem in hydrogen storage.
In this study presented as a PhD thesis, boron containing metal-organic framework materials were prepared. The aim was to synthesize new materials which include the properties of the metal-organic framework and boron. Structural characterizations of products were carried out by FT-IR, 13C-MAS NMR, 11B-NMR, powder and single crystal X-ray techniques. Thermal behaviours were investigated by TGA. Surface area was measured by BET method using a surface area analyzer. Surface properties and hydrogen storage capacity of frameworks prepared by using boric acid and different ligands (trimesic acid, terephtalic acid, succinic acid, fumaric acid, acetylenedicarboxylic acid) were comparatively examined.