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.
Anotace v angličtině
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.
Klíčová slova
metal-organické sítě (MOFy), UiO-66, MOF-808, MIP-200, stabilita, konektivita
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.
Anotace v angličtině
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.
Klíčová slova
metal-organické sítě (MOFy), UiO-66, MOF-808, MIP-200, stabilita, konektivita
Metal-organické sítě (MOFy) jsou hybridní koordinační polymery, které mají řadu potenciálních aplikací. Některé z nich (zejména ty environmentální) vyžadují vodné prostředí, které však může být pro MOFy škodlivé, může vést k uvolnění konstrukčních prvků do roztoku a způsobit kolaps jejich struktury.
Cílem této práce bude porovnat stabilitu MOFů ve vodném prostředí při různém pH. Tato práce navazuje na autorky bakalářskou práci, kde byla porovnávána stabilita MOFů s ohledem na použitý kov jako konstrukční prvek. V této diplomové práci se studentka zaměří tentokrát na druhý konstrukční prvek, kterým je organický linker (ligand), a jeho vliv na stabilitu. Budou studovány 3-4 MOFy lišící se topicitou organického linkeru (di-, tri-, tetratopické karboxylové kyseliny) a tedy i konektivitou.
Obecné zásady pro vypracování a hrubá osnova práce:
Teoretická část
Vypracovat literární rešerši o MOFech a jejich potenciálních environmentálních aplikací
Blíže shrnout aktuální stav poznání o stabilitě MOFů
Praktická část
Na základě literární rešerše vybrat zástupce MOFů k testování a popsat je
Syntéza vybraných MOFů
Sledování výluhu linkeru s ohledem na pH
Sledování rychlosti uvolňování linkeru při daném pH
Porovnání stability jednotlivých MOFů a diskuze
Závěry a doporučení plynoucí z experimentálních dat
Zásady pro vypracování
Metal-organické sítě (MOFy) jsou hybridní koordinační polymery, které mají řadu potenciálních aplikací. Některé z nich (zejména ty environmentální) vyžadují vodné prostředí, které však může být pro MOFy škodlivé, může vést k uvolnění konstrukčních prvků do roztoku a způsobit kolaps jejich struktury.
Cílem této práce bude porovnat stabilitu MOFů ve vodném prostředí při různém pH. Tato práce navazuje na autorky bakalářskou práci, kde byla porovnávána stabilita MOFů s ohledem na použitý kov jako konstrukční prvek. V této diplomové práci se studentka zaměří tentokrát na druhý konstrukční prvek, kterým je organický linker (ligand), a jeho vliv na stabilitu. Budou studovány 3-4 MOFy lišící se topicitou organického linkeru (di-, tri-, tetratopické karboxylové kyseliny) a tedy i konektivitou.
Obecné zásady pro vypracování a hrubá osnova práce:
Teoretická část
Vypracovat literární rešerši o MOFech a jejich potenciálních environmentálních aplikací
Blíže shrnout aktuální stav poznání o stabilitě MOFů
Praktická část
Na základě literární rešerše vybrat zástupce MOFů k testování a popsat je
Syntéza vybraných MOFů
Sledování výluhu linkeru s ohledem na pH
Sledování rychlosti uvolňování linkeru při daném pH
Porovnání stability jednotlivých MOFů a diskuze
Závěry a doporučení plynoucí z experimentálních dat
Seznam doporučené literatury
1) D. Bůžek, J. Demel, K. Lang, Zirconium Metal-Organic Framework UiO-66: Stability in an Aqueous Environment and Its Relevance for Organophosphate Degradation. Inorg. Chem., 2018, 57, 14290-14297.
2) D. Bůžek, S. Adamec, K. Lang, J. Demel, Metal–organic frameworks vs. buffers: case study of UiO-66 stability. Inorg. Chem. Front., 2021, 8, 720-734.
3) N. Yuan, X. Gong, W. Sun, C. Yu, Advanced applications of Zr-based MOFs in the removal of water pollutants. Chemosphere, 2021, 267, 128863.
4) M. Taddei, R. J. Wakeham, A. Koutsianos, E. Andreoli, A. R. Barron, Post-Synthetic Ligand Exchange in Zirconium-Based Metal–Organic Frameworks: Beware of The Defects! Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 11706 –11710.
5) S. Rojas, P. Horcajada, Metal-Organic Frameworks for the Removal of Emerging Organic Contaminants in Water. Chem. Rev., 2020, 120, 8378-8415.
Seznam doporučené literatury
1) D. Bůžek, J. Demel, K. Lang, Zirconium Metal-Organic Framework UiO-66: Stability in an Aqueous Environment and Its Relevance for Organophosphate Degradation. Inorg. Chem., 2018, 57, 14290-14297.
2) D. Bůžek, S. Adamec, K. Lang, J. Demel, Metal–organic frameworks vs. buffers: case study of UiO-66 stability. Inorg. Chem. Front., 2021, 8, 720-734.
3) N. Yuan, X. Gong, W. Sun, C. Yu, Advanced applications of Zr-based MOFs in the removal of water pollutants. Chemosphere, 2021, 267, 128863.
4) M. Taddei, R. J. Wakeham, A. Koutsianos, E. Andreoli, A. R. Barron, Post-Synthetic Ligand Exchange in Zirconium-Based Metal–Organic Frameworks: Beware of The Defects! Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 11706 –11710.
5) S. Rojas, P. Horcajada, Metal-Organic Frameworks for the Removal of Emerging Organic Contaminants in Water. Chem. Rev., 2020, 120, 8378-8415.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
V rámci obhajoby své diplomové práce studentka přednesla svou prezentaci a představila v ní metodiku, výsledky a závěry formou tabulek a obrázků. U obhajoby byl přítomen vedoucí práce Ing. Daniel Bůžek, Ph.D. a oponent práce RNDr. Dr. Petr Bezdička, kteří přečetli své posudky práce. Studentka zodpověděla otázky z posudků vedoucího práce a oponenta.
V diskuzi byly vzneseny následující dotazy a připomínky: Mgr. Jakub Ederer, Ph.D. - řešila jste tepelnou stabilitu MOFu? Co je největší slabinou?