26739

تهيه و شناسايي چارچوبهاي فلز-آلي برپايه فلزات زيركونيوم و سريم و كامپوزيتهاي نانومتخلخل آنها و استفاده در كاربردهاي انرژي

كارشناسي ارشد

شيمي معدني

1400-1401

1401/04/12

دكتر وحيد صفري فرد

شيمي

در اين كار تحقيقاتي، كامپوزيتهايي از چارچوبهاي فلز-آلي جهت استفاده در كاربردهاي ذخيره و تبديل انرژي طراحي و سنتز شد. اين پژوهش در قالب چهار پروژه انجام شد. در پروژه اول تا چهارم به ترتيب نانوكامپوزيت هاي و طراحي g-C3N4/CeO2/CoFe2O4 و Ce-on-Zr-MOF-808 ،NiFe2O4/MOF-808 ،CoFe2O4/Ce-UiO-66 سنتز شد ند . اين نانوكامپوزيت ها با استفاده از روش هاي مختلف از جمله پراش اشعه ايكس پودري، طيف سنجي زيرقرمز، مغناطيس سنج ارتعاشي نمونه، وزن سنجي حرارتي، تخلخل سنجي ، تصاو ير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري، مطالعات طيف سنجي فرابنفش، طيف سنجي نشر لومينسانس و طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي مورد شناسايي قرار گرفتند. هم افزايي ويژگي هاي چارچوب فلز-آلي در اثر كامپوزيت شدن با نيمه رساناها و يا چارچوب فلز- آلي ديگر منجربه بهبود خواص آن ها در كاربرد مد نظر شده است. در پژوهش اول، نانوكامپوزيت مغناطيسي 66-UiO-Ce/CoFe2O4 در واكنش اكسيداس يون كاتاليزگري نوري الكلهاي آل يفاتيك در شرايط هوازي در دماي اتاق مورد بررسي قرار گرفت و نتايج كاتاليزگري بهتري را در مقايسه با اجزاي سازنده خود نشان داد. در پژوهش دوم، نانوكامپوزيت مغناطيسي 808-MOF/NiFe2O4 در واكنش كاهش كاتاليزگري نوري كروم شش ظرفيتي و هم چنين تخريب آالينده دارويي مورد مطالعه قرار گرفت. كاهش شكاف نوار منجربه بهبود خواص كاتاليزگري نوري در هر دو واكنش كاهش كروم شش ظرفيتي و تخريب داروي مروپنم تحت نور مرئي شده است. در پژوهش سوم، در ادامه بررسي هاي واكنش كاهش كروم، از ساختار 808-Ce-on-Zr-MOF كه با استفاده از استراتژي MOF-on-MOF سنتز شده بود استفاده شد. در اين مورد نيز هم افزايي ويژگي هاي دو چارچوب فلز -آلي و توانايي انتقال بار موثرتر آن ها باعث بهبود روند فرآيند كاتاليزگري نوري شده واكنش كاهش است. در آخر، در پژوهش چهارم، عملكرد نانوكامپوزيت سه جزئي CoFe2O4/CeO2/C3N4-g در اكسيژن به صورت الكتروكاتاليزگري مورد بررسي قرار گرفت و در مقايسه با الكترود تجاري پالتين/كربن عملكرد بهتري نشان داد. در ادامه، جهت بهبود خواص تر شوندگي كامپوزيت CoFe2O4/CeO2/C3N4-g اكسيد شده در در كاربرد ابرخازني مورد استفاده قرار گرفت و ظرفيت بااليي حدود g/F 5/255 از خود نشان داد.

1401/04/21

Synthesis and characterization of Zirconium and Cerium-based metal-organic frameworks and their composites in energy applications

7/3/2023 12:00:00 AM

In this work, metal-organic framework-based composites were designed and synthesized for energy storage and conversion applications. This research was collected in the form of four ISI articles. In the first to fourth paper, CoFe2O4/Ce-UiO-66, NiFe2O4/MOF-808, Ce-on-Zr-MOF-808, and g-C3N4/CeO2/ CoFe2O4 nanocomposites were designed and synthesized, respectively. These nanocomposites are characterized by various methods such as powder X-ray diffraction, infrared spectroscopy, sample vibration magnetometer, thermal gravimetry, porosity, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, UV-Vis spectroscopy, Emission luminescence, and electrochemical impedance spectroscopy. The enhancement of the synergetic effect between metal-organic frameworks and semiconductors or other metal-organic frameworks has led to the improvement of their properties in the intended application. In the first study, CoFe2O4/Ce-UiO66 magnetic nanocomposite was investigated in the photocatalytic oxidation of aliphatic alcohols under aerobic conditions at room temperature and showed better catalytic results compared to its components. In the second study, the NiFe2O4/MOF-808 magnetic nanocomposite was used in response to the photoreduction of hexavalent chromium and the photodegradation of drug contaminants water. Reducing the bandgap leads to improved photocatalytic properties in both hexavalent chromium reduction reactions and degradation of meropenem under visible light. In the third study, following the investigation of chromium reduction, the Ce-on-Zr-MOF-808 structure was synthesized by using the MOF-on-MOF strategy. In this case, the synergetic effect between two metal-organic frameworks causes better charge transfer and improves the recombination of electrons. Finally, in the fourth study, the performance of the g-C3N4/CeO2/CoFe2O4 utilized in the oxygen reduction reaction, and showed better performance compared to the commercial platinum/carbon electrode. Also, oxidized composite g-C3N4/CeO2/CoFe2O4 was used in supercapacitor application and showed a high capacity of about 255.5 F/g.

چارچوب‌هاي فلز-آلي , كاتاليزگر نوري , الكتروكاتاليست , نيمه رسانا

metal-organic framework , photocatalyst , electrocatalyst , semiconductor

negin khosroshahi

dr. vahid safarifard