Development of new MOF materials with supramolecular functionalities : synthesis, physicochemical studies and applications
Elaboration de nouveaux matériaux de types MOF dotés de fonctionnalités supramoléculaires : synthèse, études physicochimique et applications
Résumé
The high binding constant and the selectivity of supramolecular compounds, mainly crown ethers and cryptands inspired us to create similar structures by incorporating glyme bearing groups inside (also outside) the pores of Metal-Organic Frameworks (MOFs), which itself based on the self-assembly principle of supramolecular chemistry.The first chapter describes the synthesis of the ligands with various length glyme groups, also an improvement of the synthesis procedure.The second chapter is about the synthesis of new MOF series, namely SUM (Strasbourg University Materials) and LBM (Le Bel Materials), their hybrids with SBA-15 silica, and physio-chemical characterization of these compounds via various methods: SCXRD, PXRD, FT-IR, TGA, SEM, TEM, and BET. The third chapter discusses the application (mainly adsorption) of the MOFs versus different guest molecules. With SUM-103 at 273K and 10 bar, outstanding 38.5 mmol g-1 CO2 adsorptions were obtained, also SUM-103 showed 194 ± 4 mg g-1 methylene blue adsorption in water. Another interesting result was the high volumetric uptake capacity of SUM-102 for formaldehyde (1007 g m-3), which is nearly twice higher than benchmark HKUST-1. Finally, we finish the thesis with the general conclusion, where we summarize all the beforementioned chapters and write about our vision of the future of the MOFs.
La constante de liaison élevée et la sélectivité des composés supramoléculaires, principalement des éthers couronnes et des cryptands, nous ont inspirés à créer des structures similaires en incorporant des groupes porteurs de glyme à l'intérieur (également à l'extérieur) des pores des Metal-Organic Frameworks (MOF), eux-mêmes basés sur la principe auto-assemblage de la chimie supramoléculaire.Le premier chapitre décrit la synthèse des ligands avec des groupes glyme de différentes longueurs, également l’amélioration de la procédure de synthèse.Le deuxième chapitre porte sur la synthèse de nouvelles séries de MOF, SUM (Strasbourg University Materials) et LBM (Le Bel Materials), leurs hybrides avec la silice SBA-15, et la caractérisation physico-chimique de ces composés via différentes méthodes : SCXRD, PXRD , FT-IR, TGA, SEM, TEM et BET.Le troisième chapitre traite de l'application (principalement l'adsorption) des MOF par rapport à différentes molécules invitees. Avec SUM-103 à 273K et 10 bar, une adsorption exceptionnelle de 38.5 mmol g-1 de CO2 a été obtenue, également SUM-103 a montré une adsorption de 194 ± 4 mg g-1 de bleu de méthylène dans l'eau. Un autre résultat intéressant était la capacité d'absorption volumétrique élevée de SUM-102 pour le formaldéhyde (1007 g m-3), qui est près de deux fois supérieure à la référence HKUST-1. Enfin, nous terminons la thèse par la conclusion générale, où nous résumons tous les chapitres mentionnés ci-dessus et écrivons sur notre vision de l'avenir des MOF.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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