Vliv konektivity metal-organických sítí na jejich stabilitu ve vodném prostředí

Bc. Veronika ZLÁMALOVÁ

Master's thesis

Influence of metal-organic frameworks connectivity on their stability in an aqueous environment

Abstract:

Metal-organické sítě (MOFy) jsou porézní organokovové koordinační polymery, kde se anorganické kovové prvky spojují s organickými ligandy nazývanými linkery. Díky širokému spektru různých vlastností MOFy nacházejí řadu rozmanitých potenciálních aplikací. A právě stabilita MOFů je zásadním faktorem pro jejich různé aplikace a praktické využití. Cílem této práce je provést srovnání stability MOFů ve vodném prostředí při různých hodnotách pH. Tato diplomová práce navazuje na předchozí bakalářskou práci autorky, která se zaměřovala na stabilitu MOFů s ohledem na použitý kov jako stavební prvek. Nyní se práce zaměřuje na druhý stavební prvek, organický linker (ligand), a jeho vliv na stabilitu. Studovány jsou tři zirkoničité MOFy s různými typy organických linkerů (di-, tri-, tetratopické karboxylové kyseliny) a jejich konektivitou. Konkrétně byly provedeny experimenty na MOFech UiO-66, MOF-808 a MIP-200. Stabilita MOFů byla zkoumána měřením uvolnění linkeru v závislosti na pH během titrace. Následně bylo provedeno měření množství uvolněného linkeru v závislosti na čase (tj. měření kinetiky) při konstantních hodnotách pH. Poslední fáze se zabývala post-expozičním měřením pevných fází získaných pomocí metody PXRD a analýzou složení konstrukčních prvků MOFů po provedeném kinetickém experimentu. MOFy-808 a UiO-66 se chovají podobně: s rostoucím pH se zvyšuje uvolňování linkeru a v alkalickém prostředí nedokážou přežít. MIP-200 se ukázal jako nejstabilnější.

Abstract:

Metal-organic frameworks (MOFs) are porous organometallic coordination polymers where inorganic metal elements combine with organic ligands called linkers. Due to broad spectrum of MOFs properties their potencial application is great. The stability of these MOFs is a crucial factor for their various applications and practical uses. The aim of this work is to compare the stability of MOFs in aqueous media at different pH values. This thesis is a continuation of the author's previous bachelor thesis, which focused on the stability of MOFs with respect to the metal used as a building block. Now the thesis focuses on the second building element, the organic linker (ligand), and its effect on the stability. Three zirkonium-based MOFs with different types of organic linkers (di-, tri-, tetratopic carboxylic acids) and their connectivity are studied. Specifically, experiments were performed on MOFs UiO-66, MOF-808 and MIP-200. The stability of the MOFs was investigated by measuring linker release as a function of pH during titration. Subsequently, measurements of the amount of linker released versus time (i.e. kinetics measurements) were performed at constant pH values. The last phase dealt with post-exposure measurements of the solid phases obtained by PXRD and analysis of the composition of the structural elements of the MOFs after the kinetics experiment. MOFs-808 and UiO-66 behave similarly: linker release increases with increasing pH and they cannot survive in alkaline environments. MIP-200 was found to be the most stable.

Keywords

metal-organické sítě (MOFy), UiO-66, MOF-808, MIP-200, stabilita, konektivita

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Daniel Bůžek, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Environment

Master programme / field:
Technologies for environmental protection / Environmental technology