Loading…
Geladene poröse Polymernetzwerke mit Bor- und Phosphorfunktionen als strukturbildende Bausteine
Fischer, Sabrina
Zeolithe und organische Netzwerke verhalten sich wie zwei Antipoden im Bereich der mikroporösen Materialien, da sie sehr unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Um die Vorteile dieser beiden Systeme zu vereinen, wurde in dieser Arbeit ein Material entwickelt, welches eine Brücke zwischen diesen beiden Substanzklassen schlägt. Dieses Material ist ein Polymernetzwerk, welches aus organischen ionischen Monomeren aufgebaut ist und daher im Rückrat Ladungen trägt, welche durch entsprechende Gegenionen in den Poren ausgeglichen wird. Somit könnte man solch ein Polymernetzwerk als "organischen Zeolithen" bezeichnen.
Zur Synthese wurden die ionischen Monomere durch verschiedene Kreuzkupplungsreaktionen polymerisiert. Als anionischer also negativ geladener Baustein, wurde ein funktionalisiertes Tetrakis(tetrafluorophenyl)borat als Monomer verwendet, was zur Bildung eines mikroporösen, anionischen Borat-Netzwerks (ABN) führte. Es wurden zwei Monomere mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen synthetisiert, zum einem Bromid-, zum anderen Iodidgruppen. Als kationisches Gegenstück zum anionischen Baustein wurde Tetraphenylphosphonium als positiv geladene Wiederholungseinheit verwendet und so ein mikroporöses, kationisches Phosphonium-Netzwerk (CPN) synthetisiert. In diesem Fall wurde nur ein Monomer hergestellt, nämlich das Tetrakis(4-Bromophenyl)phosphonium-Bromid.
In dieser Arbeit wurde eine neue Klasse von mikroporösen Polymernetzwerken entwickelt, poröse geladene organische Polymernetzwerke oder auch "organische Zeolithe". Diese Materialien haben vielversprechende Eigenschaften in der Gassorption. Zudem können die Sorptionseigenschaften durch einen einfachen Ionenaustausch verändert werden. Durch den Austausch von Bromidionenen im CPN-1 gegen Chloridionen konnte eine Erhöhung der Adsorptionswärme bei einer CO2-Sorption erzielt werden.
Durch die Möglichkeit der Immobilisierung geladener metallorganischer Komplexe in solchen Materialien erschließt sich ein weiteres neues Forschungsfeld. Immobilisierte geladene metallorganischer Komplexe können eine veränderte, vermutlich erhöhte Aktivität in katalytischen Reaktionen aufweisen. Darüber hinaus liegen diese Komplexe durch die Immobilisierung in fester Form vor. Die immobilisierten Komplexe könnte als heterogener Katalysator verwendet werden. Zur Immobilisierung ist eine ganze Bandbreite an verschiedenen geladenen metallorganischen Komplexen denkbar.
Mit dieser Art von organischen Zeoliten eröffnet sich ein weites Forschungsfeld mit einer großen Bandbreite an verschiedenen Anwendungen.
Zeolites and organic networks behave as two antipodes in the field of microporous materials, since they have very different properties. To combine the advantages of both, a material was developed in this work, which bridges the gap between these two classes of compounds. This material is a polymer network, which is composed of organic ionic monomers and thus carry charges in its backbone which is compensated by corresponding counter-ions in the pores. Thus, the new polymer network label as "organic zeolite".
The ionic monomers were polymerized by various cross-coupling reactions. As a negatively charged anionic component, a functionalized tetrakis(tetrafluorophenyl)borate was used as a monomer, resulting in the formation of a microporous anionic borate network (ABN). Two monomers were synthesized with different functional groups. As a cationic component to the anionic counterpart tetraphenylphosphonium was used as a repeating unit, and thus positively charged microporous cationic phosphonium network (CPN) was synthesized. In this case only a monomer was prepared, namely, the tetrakis(4-bromophenyl)phosphonium bromide.
In this work a new class of microporous polymer networks was developed, porous charged organic polymer networks or "organic zeolites". These materials have promising properties in the gas sorption. In addition, the sorption can be changed by a simple ion exchange. By sharing bromide ions in the CPN-1 for chloride ions increase the adsorption could be achieved with a CO2 sorption.
The possibility of immobilization of charged organometallic complexes in such materials opens up another new field of research. Immobilized charged organometallic complexes may have an altered, probably increased activity in catalytic reactions. In addition, these complexes are the immobilization in a solid form. The immobilized complexes may be used as heterogeneous catalyst. To immobilize a whole range of various charged organometallic complexes is conceivable.
With this type of organic zeolites is a broad field of research with a wide range of different applications opened.
