Fonksiyonel Gruplarla (Tiyofen, Triazol ve Amin) Zenginleştirilmiş Metal-Organik Kafes Yapıların (MOF) Sentezi, Karakterizasyonu ve Karbondioksitin Halkalı Karbonatlara Dönüşümünde Katalitik Performanslarının İncelenmesi

Yeşilel O. Z. (Yürütücü), Erer H., Yandımoğlu M., Denizaltı S.

TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2025 - 2027

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Destek Programı: 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı
Başlama Tarihi: Aralık 2025
Bitiş Tarihi: Aralık 2027

Proje Özeti

Karbondioksit (CO₂), en önemli sera gazlarından biri olup küresel iklim değişikliğinin başlıca nedenlerinden biridir. Son yıllarda, CO₂’in seçici olarak yakalanması, depolanması ve değerli kimyasallara dönüştürülmesi konusunda araştırmalar hız kazanmıştır. Bu süreçlerden biri, CO₂’in epoksitlerle reaksiyona girerek halkalı karbonatlar oluşturmasıdır. Sürdürülebilir ve çevre dostu bir yöntem olan bu dönüşüm, yüksek verimli ve kararlı katalizörlerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Katalitik etkinliğin artırılması, yan ürün oluşumunu en aza indirerek atıkların ve zararlı gaz emisyonlarının azalmasına katkı sağlamaktadır. Epoksitlerin CO₂ ile halkalı karbonata dönüşümünde Metal-Organik Kafes yapılar (MOF), kalıcı gözenekliliğe, yüksek yüzey alanına, kararlı yapıya sahip olmalarının yanı sıra reaksiyon sonrası kolayca ayrılabilmeleri nedeniyle etkili katalizör olarak dikkat çekmektedir. Yapılan araştırmalar, hem asidik hem de bazik bölgeler içeren MOF’ların, halkalı karbonatların oluşumunu etkin bir şekilde katalize edebileceğini ortaya koymuştur. Mevcut bazı MOF’lar, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık gerektirdiğinden dolayı yüksek enerji tüketimine neden olmaktadır. Bu nedenle, CO₂ dönüşüm süreci için daha ılıman koşullar altında, yüksek katalitik performans sergileyebilen yeni MOF’ların geliştirilmesi acil bir gerekliliktir.

Bu proje önerisinin temel amacı, zengin Lewis asit-baz bölgeleri bulunan, ılıman koşullarda yüksek katalitik performans sergileyebilen yeni metal-organik kafes (MOF) yapıları sentezlemektir. Proje kapsamında, yeni MOF katalizörlerin sentezinde, organik ligantlara farklı fonksiyonel grupların ilave edilmesi ve karışık ligantlı MOF eldesi olmak üzere iki strateji belirlenmiştir. Yapısında dört karboksilik asit grubu ve tiyofen halkası bulunduran açısal iki anyonik ligant (5,5'-(dibenzotiyofen-2,8-diil)diizoftalik asit (H₄dbtip), 5,5'-((2,2'-bitiyofen)-5,5'-diil)diizoftalik asit (H₄btip)) ve yapısında azot ve amin grupları bulunduran iki açısal nötral ligant 3,5-Bis(piridin-4-il)1,2,4-triazol (4-BPT) ve 4-Amino-3,5-bis(piridin-4-il)-1,2,4-triazol (4-BPAT) olmak üzere toplam dört ligant tasarlanmıştır. Ligantların yapısında bulunan bu fonksiyonel grupların sayı ve çeşidinin fazla olması halkalaşma tepkimelerinde epoksitlerin elektrofilik karakterini artırmakta ve reaksiyonun daha kısa sürede gerçekleşmesini sağlamaktadır. Ayrıca, MOF’ların yüksek seçicilik ve etkinliğe sahip olabilmesi için metal merkezlerinin (Lewis asit) seçimi kritik öneme sahiptir. Lewis asit bölgeleri, epoksit molekülü üzerindeki elektron yoğunluğunu düzenleyerek karbondioksitin nükleofilik saldırısını kolaylaştırmaktadır. Bu nedenle, proje kapsamında MOF sentezinde metal merkezi olarak yüksek Lewis asit özelliğine sahip Cu(II), Zn(II), Cd(II), Zr(IV) ve In(III) metal iyonları tercih edilmiştir.

MOF’lar, hidro/solvotermal yöntemlerle sentezlenecek ve elementel analiz, FT-IR spektroskopisi, tek kristal X-ışınları yöntemleri ile karakterize edilecektir. Faz saflıkları X-ışınları toz kırınım yöntemi, termik özellikleri ise termik analiz yöntemleriyle (TG ve DTA) incelenecektir. Ayrıca, MOF’ların yüzey alanları ve gözenek boyutu BET ile hesaplanacaktır. MOF’ların katalitik performansı, karbondioksit ve epoksitlerin halkalı karbonatlara dönüşümü ılıman koşullarda (25-50 ºC ve 0,1 ve 0,5 MPa CO₂) belirlenecektir. Elde edilen ürünler, ¹H- ve ¹³C-NMR ile karakterize edilecektir. Proje kapsamında elde edilecek sonuçlar, SCI/SCI-Exp. indekslerinde taranan yüksek etki faktörüne sahip bilimsel dergilerde yayımlanacak, ulusal ve uluslararası bilimsel kongrelerde bildiri olarak sunulacaktır. Projede görev alacak bursiyerler de yetiştirilmiş olacaktır. Ayrıca, yüksek katalitik etkinliğe sahip MOF’lar patentlenecektir. Proje 24 ay olarak planlanmış olup, bir yürütücü ve üç araştırmacı görev alacaktır.