< Terug naar vorige pagina

Project

Het bestuderen van metaalfosfonaten met behulp van kristallijne en moleculaire referentiematerialen

Inzicht in de structurele en chemische eigenschappen van materialen op atomaire schaal is van essentieel belang om hun eigenschappen te begrijpen en te rationaliseren. De onderzoeksvraag is voornamelijk gefocust op kristallijne materialen, omdat de structurele karakterisering daarvan vaak eenvoudiger is. In deze context zijn metaalfosfonaatmaterialen veelbelovende niet-silica anorganisch-organische hybriden, die de laatste decennia steeds meer belangstelling hebben verworven. Onder hen zijn poreuze metaalfosfonaten (PMP) een weinig bestudeerde materiaalklasse met interessante eigenschappen zoals een hoog specifiek oppervlak en een organisch-anorganisch netwerk met groot bereik.1,2 De cruciale stap in dit thesisproject om de structuur van (gedeeltelijk) ongeordende poreuze metaalfosfonaten te kunnen begrijpen is de ontwikkeling van een methodologie gebaseerd op kristallijne (d.w.z. MOFs) en moleculaire (d.w.z. metaal-oxo-fosfonaat clusters) metaalfosfonaat hybriden waarbij de structurele en chemische omgevingen gecorreleerd zullen worden met analytische specificaties. In een eerste stap zullen functionele groepen gebaseerd op fosfonzuur gegraft worden op reeds bestudeerde materialen.3 Op deze manier kunnen op gecontroleerde wijze metaalfosfonaatomgevingen verkregen worden. Daarnaast zullen verschillende bekende Zr(IV) en Ti(IV) gefosfoneerde MOFs worden gesynthetiseerd via eerdergenoemde solvothermische methodes. Er zullen verschillende geavanceerde karakteriseringstechnieken worden gebruikt om deze referentiematerialen te analyseren, met de nadruk op NMR-spectroscopie zowel vloeistof als vastestof-NMR, XRD, XPS en UPS. Dit doctoraatsonderzoek zal voornamelijk gericht zijn op het begrijpen van de Ti-O-P en Zr-O-P bindingsmodi in deze referentiesystemen. Ten tweede, de functionele groepen van de difosfonzuurliganden en de bijbehorende zuurtegraad zullen gevarieerd worden, waardoor complementaire nieuwe MOF-referentiestructuren kunnen ontstaan. Tegelijkertijd zullen nieuwe synthese routes uit het bredere onderzoeksveld van MOFs onderzocht worden om de vorming van de PMP-netwerkstructuur beter te kunnen controleren. Hierbij zal de nadruk liggen op twee nieuwe procedures: stapsgewijze groei en ionothermische synthese in ionische vloeistoffen en natuurlijke diepe eutectische oplosmiddelen. Er wordt verwacht dat het begrijpen van de structurele kenmerken en ligatiemodi de ontwikkeling van zowel MOFs als de amorfe PMP-netwerken kunnen sturen naar een bredere toepasbaarheid in zuur-gekatalyseerde reactieroutes van bioraffinageprocessen. (1) Shearan, S. J. I.; Stock, N.; Emmerling, F.; Demel, J.; Wright, P. A.; Demadis, K. D.; Vassaki, M.; Costantino, F.; Vivani, R.; Sallard, S.; Ruiz Salcedo, I.; Cabeza, A.; Taddei, M. New Directions in Metal Phosphonate and Phosphinate Chemistry. Crystals 2019, 9 (5), 270. https://doi.org/10.3390/cryst9050270. (2) Zhu, Y.-P.; Ma, T.-Y.; Liu, Y.-L.; Ren, T.-Z.; Yuan, Z.-Y. Metal Phosphonate Hybrid Materials: From Densely Layered to Hierarchically Nanoporous Structures. Inorg Chem Front 2014, 1 (5), 360–383. https://doi.org/10.1039/C4QI00011K. (3) Deria, P.; Bury, W.; Hod, I.; Kung, C.-W.; Karagiaridi, O.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. MOF Functionalization via Solvent-Assisted Ligand Incorporation: Phosphonates vs Carboxylates. Inorg. Chem. 2015, 54 (5), 2185–2192. https://doi.org/10.1021/ic502639v.

Datum:26 sep 2022 →  Heden
Trefwoorden:MOFs, phosphonated MOFs, Porous Metal Phosphonates, Characterisation, NMR spectroscopy, XRD, solvothermal synthesis, ionothermal synthesis, hybrid porous materials, crystalline materials
Disciplines:Synthese van materialen, Chemische karakterisering van materialen, Vaste stofchemie
Project type:PhD project