Perilen tabanlı gözenekli poliimid kovalent organik çerçevelerin tasarımı ve sentezi

Abstract

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.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 PI COFs 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 (FT IR), 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.