Síntese e estudo de polímeros de coordenação para adsorção de gases

Este trabalho apresenta a síntese e estudo de polímeros de coordenação para adsorção de gases. Especificamente, os compostos apresentados foram sintetizados pela combinação do ligante INH com um dos ligantes H2BDC, H3BTC e H4BTC coordenados aos íons Co2+, Zn2+ e Mn2+, sendo um total de sete composto...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2016
Main Author: Almeida, Filipe Barra de lattes
Orientador/a: Diniz, Renata lattes
Co-advisor: Abreu, Heitor Avelino de lattes
Banca: Rodrigues, Bernardo Lages lattes, Marinho, Maria Vanda lattes, Fontes, Ana Paula Soares lattes, Leitao, Alexandre Amaral lattes
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4411
Resumo Português:Este trabalho apresenta a síntese e estudo de polímeros de coordenação para adsorção de gases. Especificamente, os compostos apresentados foram sintetizados pela combinação do ligante INH com um dos ligantes H2BDC, H3BTC e H4BTC coordenados aos íons Co2+, Zn2+ e Mn2+, sendo um total de sete compostos. Os compostos Zn-H2BDC e Mn-H2BDC formaram-se como complexos moleculares simples pelos ligantes INH e H2BDC coordenados aos íons Zn2+ e Mn2+, sendo caracterizados pelas técnicas de espectroscopia na região do infravermelho e espalhamento Raman, pela análise elementar (CHN), análise termogravimétrica (TGA e DrTGA) e por difração de raios X por monocristal. Os mesmos apresentaram várias interações intermoleculares diferenciadas e uma rica química supramolecular. Além desses compostos citados, todos os outros cinco compostos se formaram como polímeros de coordenação. Os compostos Co-H2BDC, Zn-H3BTC e Co-H3BTC apresentaram-se como polímeros de coordenação com possibilidade de serem usados em adsorção de gases. O composto Co-H2BDC foi formado pelos ligantes INH e H2BDC com o íon Co2+ e se formou como um polímero de coordenação 2D policatenado, já o composto Zn-H3BTC foi formado pelos ligantes INH e H3BTC e o íon Zn2+ e se formou como um polímero de coordenação 1D. Ambos os compostos foram caracterizados por técnicas usuais de espectroscopia tais como espectroscopia na região do infravermelho e espalhamento Raman, análise elementar (CHN), difração de raios X por monocristais e por policristais, este último com variação de temperatura; cálculos teórico-computacionais e testes de adsorção gasosa pela metodologia B. E. T.. O composto Co-H2BDC apresentou possíveis poros em relação ao eixo cristalográfico c, mas os mesmos não possuíram tamanho suficiente para estabilizar moléculas de gás N2 adsorvido. Além disso, os cálculos teórico-computacionais comprovaram a maior estabilização da estrutura dopada com Li+ e a magnetização da mesma. Para o composto Zn-H3BTC, foi verificado que a estrutura do mesmo não mantem sua cristalinidade com o aumento de temperatura, mas que o mesmo possivelmente não se decompõe na temperatura experimental do teste de adsorção gasosa, sendo que o mesmo apresentou capacidade de adsorção de gases caracteristicamente em multicamadas. O composto CoH3BTC foi formado pelos ligantes INH e H3BTC coordenados ao íon Co2+, formando um polímero de coordenação 2D que se empilham de forma invertida e em pares, formando uma estrutura lamelar com potenciais vazios nas lamelas. Este composto foi caracterizado por técnicas espectroscópicas, análise elementar (CHN), análise termogravimétrica (TGA e DrTGA) e difração de raios X por monocristais. Os compostos Co-H4BTC e Zn-H4BTC formaram-se como polímeros de coordenação 3D e 1D, composto pelos ligantes INH e H4BTC coordenados aos íons Co2+ e Zn2+, respectivamente. Ambos os composto foram caracterizados por técnicas usuais de espectroscopia como IV e espalhamento Raman, análise elementar (CHN) e difração de raios X por monocristais.
This work shows the synthesis and study of gas adsorption of coordination polymers. The compounds were synthetized by the combination of the ligand INH with one of the ligands H2BDC, H3BTC and H4BTC coordinated to Co2+, Zn2+ and Mn2+ ions, being seven compounds overall. The compounds Zn-H2BDC and Mn-H2BDC were formed as molecular complexes by the ligands INH and H2BDC coordinated to Zn2+ and Mn2+ ions, being characterized by spectroscopy techniques such as IR and Raman, elemental analysis (CHN), thermogravimetric analysis (TGA and DrTGA) and by single crystal X ray diffraction. The compounds showed several intermolecular interactions and a rich supramolecular chemistry. Besides the mentioned compounds, five other compounds were formed as coordination polymers. The compounds CoH2BDC, Zn-H3BTC and Co-H3BTC formed as coordination polymers with the possibility to be used in the gas adsorption. The compound Co-H2BDC was formed by the ligands INH and H2BDC with Co2+ ion forming a 2D polycatenated coordination polymer and the compound Zn-H3BTC was formed by the ligands INH and H3BTC with Zn2+ forming a 1D coordination polymer. Both compounds were characterized by spectroscopy techniques as IR and Raman, elemental analysis (CHN), by single crystal X ray diffraction and by polycrystals X ray diffraction, this last one applying temperature variation, by theoretical calculation using computational models and by B. E. T. gas adsorption methodology. It was verified that in the compound Co-H2BDC was formed pores in the axis c direction, but the pores does not have enough size to stabilize N2 gas molecule inside it. Additionally, in the theoretical calculations was confirmed the higher stability of Li-doped structure than the non Li-doped structure and further its magnetization. In the compound Zn-H3BTC was verified that its structure did not keep the crystallinity with increasing in temperature, but it did not decomposes in the experimental temperature to gas adsorption experiment. This compound showed gas adsorption properties in multilayers. The compound Co-H3BTC was formed by the ligands INH and H3BTC coordinated to the Co2+ forming a 2D coordination polymer that piles up in reverse way and in pairs. This configuration formed a lamellar structure and it was characterized by spectroscopy techniques as IR and Raman, elemental analysis (CHN), thermogravimetric analysis (TGA and DrTGA) and by X ray diffraction by single crystal. The compounds Co-H4BTC and Zn-H4BTC showed as 3D and 1D coordination polymers composed by INH and H4BTC ligands coordinated to the Co2+ and Zn2+ ions respectively. Both compounds were characterized by spectroscopy techniques such as IR and Raman, elemental analysis (CHN), by single crystal X ray diffraction.