Covalent Organic Frameworks

monograficzne

Zapoznanie studentów z układami COF (covalent organic frameworks) w kontekście chemii polimerów, ich rodzajami, właściwościami oraz zastosowaniami

w sali

Wykład obejmuje tematy związane z rozwojem nowych materiałów porowatych, ze szczególnym uwzględnieniem kowalencyjnych szkieletowych struktur organicznych (covalent organic frameworks, COFs) i historii materiałów porowatych, strategii syntezy oraz aspektów, które sprawiają, że COFs nadają się do magazynowania energii jako półprzewodniki, baterie i ogniwa paliwowe.

Wykład ten będzie dotyczył tematu dwuwymiarowych krystalicznych kowalencyjnych struktur organicznych (COF), wiodącego zagadnienia badawczego na całym świecie. Do jego pełnego zrozumienia wymagana jest podstawowa wiedza z zakresu chemii polimerów i chemii organicznej. Studenci zapoznają się z tematem polimerów 2D, począwszy od podstaw struktury i syntezy polimerów (1D), w tym podstaw syntezy organicznej, oraz dowiedzą się, w jaki sposób COFs są syntetyzowane w porównaniu z innymi porowatymi polimerami, biorąc pod uwagę także ich właściwości fizyczne. Pomoże to zrozumieć, dlaczego COF jawią się jako następna generacja polimerów krystalicznych 2D i oczekuje się, że będą wykorzystywane jako materiały energetyczne.

Treść 15 spotkań (15 h):

1. Polimeryzacja stopniowa (polikondensacja)

1.1 Klasyfikacja polimerów i mechanizmy polimeryzacji

1.2 Mechanizm polimeryzacji stopniowej

1.3 Kinetyka i statystyka polimeryzacji stopniowej

1.4 Wielofunkcyjna polimeryzacja stopniowa

2. Projektowanie i synteza kowalencyjnych struktur organicznych (COF)

2.1 Wprowadzenie do COF-ów

2.2 Synteza COF w koncepcji dynamicznej chemii kowalencyjnej

2.3 Dynamiczne łączniki bloków konstrukcyjnych

2.4 Topologia i geometria materiałów porowatych 2D zawierających COF

2.5 Synteza solwotermiczna

2.6 Synteza jonotermiczna

2.7 Synteza mikrofalowa

2.8 Synteza w temperaturze pokojowej

3. Krystalizacja i wiązania strukturalne COF

3.1 Wiązania B-O

3.2 Wiązania iminowe

3.3 Wiązania hydrazonowe

3.4 Wiązania skwarainowe

3.5 Wiązania imidowe

3.6 Wiązania fenazynowe

3.7 Wiązania triazynowe

3.8 Wiązania multi-hetero w pojedynczym szkielecie COF

4. Post-synthetic linkage for COFs

5. Adsorpcja gazu w COF i zdolności do magazynowania

5.1 Sorpcja gazu

5.2 Adsorpcja fizyczna i chemiczna

5.3 Teoria Brunauera-Emmetta-Tellera (BET)

5.4 Magazynowanie wodoru gazowego

5.5 Magazynowanie metanu

5.6 Magazynowanie dwutlenku węgla w gazie

5.7 Separacja membranowa COF

6. Zastosowania katalizy heterogenicznej

7. Dwuwymiarowe COFy w zastosowaniu do magazynowania energii

7.1 Wykorzystanie COFów 2D w optoelektronice i magazynowaniu energii

7.2 Półprzewodnikowe i fotoprzewodzące COFy 2D

7.3 Akumulatory litowo- i sodowo-jonowe stosowane jako elektrolity, katody i anody.

7.4 COFy 2D z przewodnictwem protonowym w zastosowaniach do ogniw paliwowych

8. Biomedyczne zastosowania COFów

8.1 Wprowadzenie do zastosowań biomedycznych

8.2 Właściwości COFów w zastosowaniach biomedycznych

8.3 Biomedyczne zastosowania COFów, takie jak dostarczanie leków, terapia fototermiczna i fotodynamiczna

8.4 Inne zastosowania biomedyczne

1. Covalent Organic Frameworks Atsushi Nagai Jenny Stanford Publishing Pte Ltd. 2020

2. Covalent Organic Frameworks; Chemistry, Properties, and Energy Applications for a Sustainable Future (ISBN: 9781032069883)

3. Textbook of Polymer Science (ISBN: 9788126511105)

Znajomość podstaw syntezy układów COF w kontekście chemii polimerów

Poznanie właściwości COFów

Zapoznanie się z różnymi zastosowaniami COFów jako nowych materiałów organicznych

Zaliczenie końcowego egzaminu dotyczącego układów COF, ich syntezy, właściwości oraz zastosowań.