1-Vinilimidazol içeren polimerik skuarik asit ve pirazin-2,3-dikarboksilik asit komplekslerinin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen depolama kapasiteleri
The synthesis, characterization and hydrogen storage capacities of polymeric squaric acid and pyrazine-2,3-dicarboxylic acid complexes containing 1-vinylimidazole
Yazar: HAKAN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ÖMER ANDAÇ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada skuarik asit ve pirazin-2,3-dikarboksilik asit kullanılarak 1-vinilimidazol içeren yeni polimerik koordinasyon bileşikleri sentez edildi. Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II) ve Cd(II) iyonları ile oluşturulan koordinasyon polimerlerinin yapıları elementel analiz, IR spektroskopisi, termik analiz, manyetik duyarlılık ölçümü, X-ışınları toz kırınım ve X-ışınları tek kristal tekniği ile aydınlatıldı.
Yapısı X-ışınları tek kristal verileri ile aydınlatılan komplekslerde skuarato ligantının μ1,3– modunda tek dişli ve pirazin-2,3-dikarboksilato ligantının da halka azotları ve karboksil grupları ile farklı bağlanma modlarında köprü ligantı olarak davrandığı belirlendi. 1-Vinilimidazolün ise halka azotu üzerinden metal iyonlarına tek dişli olarak koordine olduğu gözlendi. Tek kristali elde edilen tüm skuarat komplekslerinde merkez iyonlarının oktahedral geometriye sahip olduğu bulundu. Pirazin-2,3-dikarboksilato ligantı içeren komplekslerde Co(II) iyonlarının oktahedral geometriye, Cd(II) iyonlarının ise beşgen çift piramit geometriye sahip olduğu belirlendi. Pirazin-2,3-dikarboksilato ligantı içeren Zn(II) kompleksinde kare piramit, tetrahedral ve oktahedral geometriye sahip Zn(II) iyonlarının olduğu gözlendi.
Bileşiklerin yüzey alanları ve hidrojen depolama kapasiteleri belirlendi. Düşük BET yüzey alanlarına rağmen komplekslerin çeşitli basınçlarda depoladığı %kütlece hidrojen miktarları dikkat çekmektedir.
Teorik çalışmalar yapılarak hidrojen molekülü ile ligantların etkileşim enerjisi hesaplandı ve en yüksek etkileşim enerjisi hidrojen molekülü ile skuarik asit arasında meydana geldi. Tek kristali elde edilen bileşiklerin hidrojen depolama özelliği Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simülasyonları yapılarak incelendi ve kristal örgüdeki boşlukların hidrojen molekülü için küçük olduğu belirlendi.

Abstract:
In this study, new polymeric coordination compounds that contain 1-vinylimidazole were synthesized using the agents of squaric acid and pyrazine-2,3-dicarboxylic acid. The structures of the coordination polymers formed by Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II) and Cd(II) ions were characterized by numerous techniques including elemental analysis, IR spectroscopy, thermal analysis, magnetic susceptibility measurement, X-ray powder diffraction and X-ray single crystal.
Squarate acting as a bridging ligand is a monodentate ligand in the μ1,3- mode and pyrazin-2,3-dicarboxylate acting as a bridging ligand with the nitrogen atoms of the aromatic ring and the carboxyl groups is a ligand in the different binding modes in the structures of the complexes illuminated by the results of X-ray single crystal. It was observed that 1-vinylimidazole coordinate to metal ions as a monodentate ligand by the ring nitrogen atom. The central ions of all the squarate complexes obtained as single crystal have been found to have octahedral geometry. Co(II) ions have been found to have octahedral geometry and Cd(II) ions have been found to have pentagonal bipyramid geometry in the complexes containing pyrazin-2,3-dicarboxylate. It was observed that Zn(II) ions have square pyramidal geometry, tetrahedral geometry and octahedral geometry in the pyrazin-2,3-dicarboxylate complex containing Zn(II) ions.
Surface areas and hydrogen storage capacities of the complexes were determined. The stored hydrogen quantities as percentage by weight at various pressures are notable in spite of low BET surface areas.
Interaction energies between the hydrogen molecule and the ligands were theoretically calculated and squaric acid is found to have the highest interaction energy. Hydrogen storage properties of the compounds obtained as single crystals were examined by Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulations and the voids in the crystal lattice were determined to be small for hydrogen molecules.