3-karboksipiridinyum grubu içeren zwitteriyonik ligant ile koordinasyon polimerlerinin sentezi, karakterizasyonu ve bazı uygulamaları

Abstract

Tez kapsamında, 1,1′-(1,1′-bifenil-4,4′-diilbis(metilen))bis(3-karboksipiridin-1-yum)bromür (H2bipnaBr2) zwitteriyonik ligant ve Mn(II), Co(II), Cu(II), Zn(II) ve Cd(II) iyonları ile yedi adet kompleks sentezlenmiştir. Komplekslerin yapısı, elementel analiz, IR spektroskopisi ve X-ışınları tek kristal kırınım yöntemleri ile aydınlatılmıştır. Komplekslerin faz saflığı ve termal kararlılıkları sırasıyla X-ışınları toz kırınım ve termik analiz yöntemleriyle (TG, DTA ve DTG) incelenmiştir. Komplekslerin topolojik yapıları, fotolüminesans özellikleri ve CO2 adsorplama kapasiteleri sırasıyla, TOPOSPro programı, floresans spektroskopisi ve yüzey alanı ölçüm (BET) cihazı ile belirlenmiştir. Komplekslerin kapalı formüllerinin, {[MnCl(µ4-bipna)](NO3)·2H2O}n (1), {[CoCl2(µ-bipna)]·2H2O}n (2), {[CuCl(µ4-bipna)](NO3)·2H2O}n (3), {[CuCl(µ4-bipna)](BF4)·2H2O}n (4), {[CuCl(µ4-bipna)](ClO4)·2H2O}n (5), [ZnCl2(µ-bipna)]n (6) ve {[Cd(µ-bipna)](ClO4)2·DMF}n (7) şeklinde olduğu belirlenmiştir. X-ışınları tek kristal kırınım analiz sonuçlarına göre 1, 3-5 kompleksleri ortorombik birim hücrede ve cmcm uzay grubunda, 2 kompleksi ortorombik birim hücrede ve cmce uzay grubunda, 6 kompleksi monoklinik birim hücrede ve C2/c uzay grubunda ve 7 kompleksi tetragonal birim hücrede ve I41/acd uzay grubunda kristallenmiştir. 1, 3-5 komplekslerinin iki boyutlu (2D), 2, 6 kompleksinin bir boyutlu (1D) ve 7 kompleksinin ise on kat iç içe geçmiş üç boyutlu (3D) yapıya sahip olduğu belirlenmiştir. 3 kompleksinin Li-iyon piller için elektrokimyasal performansı hem anot hem de katot olarak incelenmiş ve kapasite değerleri elektrot tipinden bağımsız olarak 20-40 mAhg−1 bulunmuştur. 7 kompleksinin ışık etkisiyle renk değişim özellikleri 365 nm UV ışık altında incelenmiş ve kompleksin beyaz olan renginin sarıya döndüğü (7′) gözlenmiştir. Ayrıca, 7 kompleksinin yüzey alanı 30,66 m2/g ve CO2 adsorplama kapasitesi %4,4 olarak belirlenmiştir. Yüksek emisyona sahip 6 ve 7 kompleksleri, nitroaromatik bileşiklerden pikrik aside ve metal iyonlarından Fe3+ iyonuna karşı seçicilik gösterdiği belirlenmiştir. Termal analiz çalışmalarıyla komplekslerin üç/dört basamakta bozunduğu ve son bozunma ürünlerinin metal oksit veya metal olduğu belirlenmiştir.

In this thesis, 1,1′-(1,1′-biphenyl-4,4′-diylbis(methylene))bis(3-carboxypyridin-1-ium) bromide (H2bipnaBr2) zwitterionic ligand and its seven complexes with Mn(II), Co(II), Cu(II), Zn(II) and Cd(II) ions and were synthesized and characterized by elemental analysis, IR spectroscopy and X-ray single crystal diffraction methods. The phase purities and thermal properties of the complexes were investigated by X-ray powder diffraction method and thermal analysis methods (TG, DTA and DTG), respectively. The topological structures, photoluminescent properties and CO2 adsorption capacities of the complexes were determined by TOPOSPro program, fluorescence spectroscopy and surface area analyzer (BET), respectively.The formulas of complexes 1-7 were determined as {[MnCl(µ4-bipna)](NO3)·2H2O}n (1), {[CoCl2(µ-bipna)]·2H2O}n (2), {[CuCl(µ4-bipna)]NO3)·2H2O}n (3), {[CuCl(µ4-bipna)](BF4)·2H2O}n (4), {[CuCl(µ4-bipna)](ClO4)·2H2O}n (5), [ ZnCl2(µ-bipna)]n (6) and {[Cd(µ-bipna)](ClO4)2·DMF}n (7). According to the results of X-ray single crystal diffraction analysis, complexes 1, 3-5 are found in orthorhombic unit cell and cmcm space group, complex 2 in orthorhombic unit cell and cmca space group, complex 6 in monoclinic unit cell and C2/c space group and complex 7 in tetragonal unit cell and I41/acd space group. It has been determined that complexes 1, 3-5 have a two-dimensional (2D), complexes 2 and 6 have a one-dimensional (1D) and complex 7 has a three-dimensional (3D) structure with a ten-fold interpenetration network. The electrochemical performance of the complex 3 for Li-ion batteries was investigated as both anode and cathode, and the capacitance values were found to be 20-40 mAh g−1 regardless of the electrode type. The photochromism property of the complex 7 were investigated under 365 nm UV-light irradiation and it was observed that the color of the complex turned yellow (7′). In addition, the surface area of the 7 complex was determined as 30.66 m2/g and the CO2 adsorption capacity was determined as 4.4 %. It was determined that the 6 and 7 complexes with high emissivity showed selectivity towards picric acid from nitroaromatic compounds and Fe3+ ion from metal ions. It was determined by thermal analysis studies that the complexes decomposed in three/four steps and the final decomposition products were metal oxides or metals.