Porlu materyallerin iyonik sıvılarla kompozitleri: Sentez, karakterizasyon ve seçici gaz ayırma uygulamaları

İyonik sıvıların (İS'ler) gözenekli malzemelerle birleştirilmesiyle hazırlanan hibrit kompozitler, ayarlanabilir fizikokimyasal özellikleri nedeniyle son birkaç yılda giderek daha önemli bir araştırma alanı haline geldi. Bu tür İS/gözenekli malzemelerin sentezine ilişkin yayınların sayısındaki sürekli büyüme ve bunların birçok farklı uygulamada, özellikle gaz adsorpsiyon ve ayırma uygulamalarında, gösterdikleri olağanüstü performans bu alanın öneminin bir kanıtıdır. İS'lerin ve gözenekli malzemelerin birleşik avantajları, hibrit kompozitlerin gaz sorpsiyonunda ve seçici ayırmada üstün performans göstermeleri yönünde büyük bir potansiyel sağlar. Bu tezde, metal-organik çerçeveler (MOF'lar) ve karbonlu malzemeler olmak üzere iki farklı gözenekli malzeme türü ele alınarak, İS/gözenekli malzeme kompozitlerinin bir araştırma alanı olarak evrimine katkıda bulunmak amaçlanmıştır. Yeni İS/gözenekli malzeme kompozitlerinin tasarımı hakkında önemli bilgiler sağlamak ve yüksek gaz ayırma performanslı en umut verici hibrit malzemeleri belirlemek için İS ile modifiye edilmiş gözenekli malzemelerin sentez yöntemleri, karakterizasyon teknikleri ve seçici gaz ayırma performansları hakkında derinlemesine analizler yapıldı. Bu doğrultuda, IS'in dahil edilmesi üzerine MOF'un fizikokimyasal yapısında ortaya çıkan değişiklikleri aydınlatmak için İS/MOF kompozitlerinin kimyasal ve termal stabilitelerini kontrol eden yapısal faktörler incelendi. Sonuçlar, ligandla işlevselleştirilmiş MOF'a sahip kompozitin, işlevselleştirilmemiş muadili içerenlere kıyasla termal stabilite limitlerinde daha düşük bir azalma derecesi sergilediğini gösterdi. Daha sonra, aynı İS'in üç farklı Zr-MOF'un yapısına dahil edilerek MOF yapısındaki sistematik değişikliklerin etkisi daha fazla araştırıldı ve MOF seçiminin ortaya çıkan moleküler afinite ve seçici gaz ayrımı performansı üzerindeki önemi vurgulandı. Yüzeyde bulunan İS tabakasının varlığında elde edilen üstün performanstan ilham alarak, yüksek O2 ayırma performanslı çekirdek-kabuk tipi bir İS/MOF kompoziti geliştirildi ve bu kompozit tasarımında entegre bir hesaplamalı-deneysel hiyerarşik yaklaşım kullanıldı. Daha sonra, İS/gözenekli malzeme araştırma alanının kapsamını genişletmek adına uygun maliyetli ve kimyasal olarak sağlam bir aktif karbon gözenekli malzemesi yüksek CO2 ayırma performansı için İS ile modifiye edildi. Sentez yöntemleri, karakterizasyon teknikleri ve gaz sorpsiyon uygulamalarındaki temel zorluklar ve fırsatlar, dönem için bir yol haritası oluşturmak amacıyla ayrıntılı olarak tartışıldı. Bu tezde ele alınan alandaki son gelişmeler, İS/gözenekli yapı hibrit malzemelerinin tasarımı, geliştirilmesi ve geleneksel malzemeler yerine kullanılması hakkında daha derinlemesine bir anlayış sağlayacaktır.