Δονητική φασματοσκοπία σε εύκαμπτα μεταλλο-οργανικά πλέγματα

Βαρτιάν, Ρουπέν; Vartian, Roupen

dc.contributor.author	Βαρτιάν, Ρουπέν	el
dc.contributor.author	Vartian, Roupen	en
dc.date.accessioned	2023-01-11T10:58:14Z
dc.date.available	2023-01-11T10:58:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56613
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24311
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Φασματοσκοπία Raman	el
dc.subject	Φασματοσκοπία far-IR	el
dc.subject	Μεταλλο-οργανικά πλέγματα	el
dc.subject	Εύκαμπτα υλικά	el
dc.subject	Φασματοσκοπία FTIR	el
dc.subject	Raman Spectroscopy	en
dc.subject	Materials characterization	en
dc.subject	Far-IR Spectroscopy	en
dc.subject	FTIR Spectroscopy	en
dc.subject	Metal-organic frameworks	en
dc.subject	MOFs	en
dc.subject	Χαρακτηρισμός υλικών	el
dc.title	Δονητική φασματοσκοπία σε εύκαμπτα μεταλλο-οργανικά πλέγματα	el
dc.title	Vibrational spectroscopy on flexible metal-organic frameworks	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δονητική Φασματοσκοπία	el
heal.classification	Vibrational Spectroscopy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-31
heal.abstract	Τα μεταλλο-οργανικά πλέγματα (metal-organic frameworks) συνιστούν μία πολλά υποσχόμενη κατηγορία υλικών που φαίνεται να βρίσκει εφαρμογή από τα πεδία της αποθήκευσης ηλεκτροχημικού φορτίου και της κατάλυσης μέχρι τους υπεραγωγούς και τους τοπολογικούς μονωτές. Οι εξαιρετικές ιδιότητες των πλεγμάτων, όπως η υψηλή θερμική και χημική σταθερότητα και η ακρίβεια στις χημικές μεταβολές, οφείλονται ασφαλώς στην ενδογενή δομή αυτών που θεμελιώνεται στο συνδυασμό μεταλλικών κέντρων που γεφυρώνονται με οργανικούς συνδέτες. Η τοπολογική ταυτότητα των MOF χαρακτηρίζεται από μεγάλη εσωτερική επιφάνεια και εκτεταμένο όγκο πορώδους που οδηγεί στην εύκαμπτη φύση του μοριακού συγκροτήματος, η οποία με τη σειρά της αποφέρει σε ποικιλία δονήσεων -τόσο συλλογικών (φωνονικές ταλαντώσεις) όσο και δεσμικών- σε περιπτώσεις διέγερσης του σκελετού. Εκμεταλλευόμενοι ακριβώς αυτές τις δονήσεις, στην παρούσα διπλωματική εργασία επιλέγουμε να επικεντρωθούμε στη μελέτη και το χαρακτηρισμό τέτοιων εύκαμπτων υλικών με χρήση τεχνικών δονητικής φασματοσκοπίας. Ειδικότερα, εφαρμόζοντας τις φασματοσκοπικές μεθόδους ανελαστικής σκέδασης Raman και υπέρυθρης ακτινοβολίας αντίστροφου μετασχηματισμού Fourier (FTIR), μελετήθηκε αφενός μία ειδική κατηγορία μεταλλο-οργανικών πλεγμάτων, τα ζεολιθικο-ιμιδαζολικά πλέγματα (zeolitic-imidazolate frameworks -ZIFs), και αφετέρου μία ακόμη ειδική κατηγορία πλεγμάτων, τα μεταλλο-οργανικά πλέγματα σπάνιας γαίας (RE-MOFs). Για τις ανάγκες της τεχνικής Raman πραγματοποιήθηκαν φασματοσκοπικές μετρήσεις μεταβλητής θερμοκρασίας (από -190oC έως +100oC) σε δείγματα ZIF-68 και ZIF-69, ενώ εξετάστηκαν επίσης τα πανομοιότυπα πλέγματα RE-MOFs συμπλεγμάτων υττρίου (Y) αναφορικά με τη συμπεριφορά τους σε καθαρό περιβάλλον αλλά και σε περιβάλλον αιθανόλης. Για τους σκοπούς της ανάλυσης και του χαρακτηρισμού των υλικών, για την επεξεργασία είναι πολύτιμα και τα φάσματα των πρόδρομων ουσιών των πλεγμάτων σπάνιας γαίας. Σημειώνεται ότι στοιχείο μεγάλου ενδιαφέροντος για την ανάλυση μας, ειδικά για τα ζεολιθικο-ιμιδαζολικά πλέγματα, αποτελεί η περιοχή χαμηλών συχνοτήτων (30 - 200 cm−1 ) η οποία σύμφωνα με διάφορες έρευνες φαίνεται να αντιστοιχεί σε περιοχή συλλογικών δονήσεων ολόκληρου του πλέγματος. Στον αντίποδα, η συμπληρωματική μελέτη στα πλαίσια της φασματοσκοπίας FTIR περιλαμβάνει την εξέταση δειγμάτων ZIF-69 και ZIF-8 καθώς και των προαναφερθέντων πλέγματων υττρίου και των πρόδρομων ουσιών. Στην περίπτωση αυτή, η ανάλυση αφορά στα βαθμονομημένα φάσματα απορρόφησης που λαμβάνουμε κατόπιν της κατάλληλης επεξεργασίας των φασμάτων διάδοσης που καταγράφει το φασματοφωτόμετρο. Η εργασία που ακολουθεί δομείται στην επισκόπηση των γενικών ιδιοτήτων των μεταλλοοργανικών πλεγμάτων με την παράθεση ορισμένων στοιχείων σχετικά με τη σύνθεση και τα πεδία εφαρμογών να ακολουθεί. ΄Επειτα, σειρά έχει η εξοικείωση του αναγνώστη σχετικά με vi τις ειδικές κατηγορίες πλεγμάτων, RE-MOFs και ZIFs, ενώ αμέσως μετά σταχυολογούνται οι πιο σημαντικές πληροφορίες αναφορικά με τη φύση και την αρχή λειτουργίας για τις δύο φασματοσκοπικές μεθόδους. Αφότου πλαισιωθεί πλήρως το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο, η μελέτη καταπιάνεται με την επεξεργασία και ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων που αποτελεί και τον βασικότερο στόχο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Καταληκτικά, η εργασία ολοκληρώνεται με την έκθεση ορισμένων καίριων συμπερασμάτων αλλά και προτάσεις περί πιθανής μελλοντικής έρευνας γύρω από το αντικείμενο.	el
heal.abstract	Metal-organic frameworks comprise a very promising class of materials which seems to fit perfectly on a broad range of application fields, from electrochemical charge storage and catalysis all the way up to superconductors and topological insulators. All the exceptional framework properties, as for example high thermal/chemical stability and intriguing levels of accuracy in chemical modification, derive clearly from their intrinsic structure which is founded on the combination of metallic centers bridged by organic linkers. MOFs’ topological identity is characterized by a large internal surface and an extensive pore volume leading to the flexible nature of the molecular assembly, which in turn yields a variety of vibrations -both collective (phononic oscillations) and bonds’- upon excitation of the framework. By exploiting exactly these vibrations, in the present dissertation we choose to focus on the study and characterization of this type of flexible materials with the use of vibrational spectroscopy techniques. In particular, by applying the spectroscopic techniques of inelastic Raman scattering as well as Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), a special category of metal-organic frameworks, named “zeolitic-imidazolate frameworks” (ZIFs), was studied on the one hand, and on the other another special category, which refers to frameworks whose metal center is a rare-earth element and they are called “RE-MOFs”, was also studied. As far as Raman study is concerned, spectroscopic measurements of variable temperature (from -190oC to +100oC) were performed on ZIF-68 and ZIF-69 samples, while the much-alike yttrium (Y) clusters’ RE-MOF frameworks were also examined regarding their response in EtOH and EtOH free environment. For analysis and materials’ characterization purposes, the spectra of RE-MOFs’ precursor materials are also valuable for processing. It should be noted that one of our primary goals in this thesis, especially for zeolitic-imidazolate frameworks, is to deal with low-frequency region vibrations (30 - 200 cm−1 ) which according to various studies seems to correspond to collective vibrations’ region of the whole building. Besides Raman scattering, the complementary study in the context of FTIR spectroscopy involves the examination of ZIF-69 and ZIF-8 samples, as well as the aforementioned yttrium frameworks and precursor materials. In this case, our analysis concerns the calibrated absorption spectra we gather after appropriate processing on the transmission data recorded by the spectrophotometer. The following dissertation is structured in the overview of the general properties of metalorganic frameworks along with the concise listing of some useful facts about the composition methods and fields of application. Next, the reader familiarizes with the two special framework categories we mentioned above -RE-MOFs and ZIFs-, while the gleaning of the most important details regarding the nature and principles of operation is also included for both spectroscopic viii methods. Having fully established the essential theoretical background, the study proceeds by tackling the processing and analysis of the experimental results which is the main objective of this thesis. Finally, our work concludes with the citation of some conclusions a well as suggestions for possible future research on the subject.	en
heal.advisorName	Κόντος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Κόντος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	125 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false