Synthesis and properties of porous tin phosphate systems

Wydział Chemii: Pracownia Sit MolekularnychPrzedstawiona praca dotyczy syntezy i charakteryzacji fizykochemicznej (ze szczególnym uwzględnieniem właściwości katalitycznych) porowatych materiałów cynofosforanowych. W pierwszej części skoncentrowano się na otrzymaniu mezoporowatych cynofosforanów z zastosowaniem syntez hydrotermalnych, zol-żel, a także metody replikowania z użyciem twardych templatów. Uzyskano produkty wykazujące obecność uporządkowanego systemu mezoporów, jednak obróbka termiczna, mająca na celu usunięcie organicznych środków porotwórczych powodowała degradację uporządkowania. Mimo braku uporządkowania materiały zachowywały mezoporowaty charakter, znaczną powierzchnię właściwą oraz wąski zakres rozmiaru porów. Uporządkowane mezoporowate cynofosforany o strukturze heksagonalnej i stabilności termicznej sięgającej 550˚C otrzymano na drodze replikowania z zastosowaniem twardych templatów, takich jak SBA-15 i mezoporowaty węgiel CMK-3. Przeprowadzone testy katalityczne wykazały obecność w otrzymanych materiałach kwasowych centrów aktywnych oraz brak centrów redoks (nie zaobserwowano aktywności w reakcjach utleniania). Druga część pracy koncentrowała się wokół syntezy krystalicznych, mikroporowatych analogów AlPO4-5 o strukturze AFI. Do materiału AlPO4-5 wprowadzono zwiększające się ilości cyny, aż do poziomu nie tworzącego fazy krystalicznej. Istotną nowością tej serii badań było użycie zarówno cyny czterowartościowej (opisywanej w literaturze), jak i dwuwartościowej (dotąd nie badanej), a także systemu zawierającego ekwimolarne proporcje obu źródeł cyny.Presented thesis was focused on the synthesis and characterization (particularly catalytic properties) of porous tin phosphate materials. First part refers to obtaining mesoporous tin phosphates with the aid of hydrothermal syntheses, sol-gel and nanocating with hard templates. The obtained products exhibit ordered mesoporous system but the ordering of the mesoporous structure deteriorated markedly after thermal treatment. Thermal treatment was necessary to remove structure directing agents. Despite that, all products exhibit mesoporosity with high surface areas and narrow pore size distributions. Ordered mesoporous tin phosphates with hexagonal structure and thermal stability up to 550˚C were synthesized via nanocasting route with hard templates such as SBA-15 and mesoporous carbon CMK-3. All the obtained samples exhibit catalytic acid active sites and do not show redox properties (no activity in the oxidation reactions). The second part of presented study was the syntheses of crystalline, microporous AFI structured AlPO4-5 analogs. The rising amounts of tin was introduced to AlPO4-5 material until amorphous material was obtained. Significant novelty of this part of the study was the use of tetravalent tin (presented in literature) and divalent tin (not yet presented) and the system containing both valence states together

Synthesis and properties of porous tin phosphate systems

Wydział Chemii: Pracownia Sit MolekularnychPrzedstawiona praca dotyczy syntezy i charakteryzacji fizykochemicznej (ze szczególnym uwzględnieniem właściwości katalitycznych) porowatych materiałów cynofosforanowych. W pierwszej części skoncentrowano się na otrzymaniu mezoporowatych cynofosforanów z zastosowaniem syntez hydrotermalnych, zol-żel, a także metody replikowania z użyciem twardych templatów. Uzyskano produkty wykazujące obecność uporządkowanego systemu mezoporów, jednak obróbka termiczna, mająca na celu usunięcie organicznych środków porotwórczych powodowała degradację uporządkowania. Mimo braku uporządkowania materiały zachowywały mezoporowaty charakter, znaczną powierzchnię właściwą oraz wąski zakres rozmiaru porów. Uporządkowane mezoporowate cynofosforany o strukturze heksagonalnej i stabilności termicznej sięgającej 550˚C otrzymano na drodze replikowania z zastosowaniem twardych templatów, takich jak SBA-15 i mezoporowaty węgiel CMK-3. Przeprowadzone testy katalityczne wykazały obecność w otrzymanych materiałach kwasowych centrów aktywnych oraz brak centrów redoks (nie zaobserwowano aktywności w reakcjach utleniania). Druga część pracy koncentrowała się wokół syntezy krystalicznych, mikroporowatych analogów AlPO4-5 o strukturze AFI. Do materiału AlPO4-5 wprowadzono zwiększające się ilości cyny, aż do poziomu nie tworzącego fazy krystalicznej. Istotną nowością tej serii badań było użycie zarówno cyny czterowartościowej (opisywanej w literaturze), jak i dwuwartościowej (dotąd nie badanej), a także systemu zawierającego ekwimolarne proporcje obu źródeł cyny.Presented thesis was focused on the synthesis and characterization (particularly catalytic properties) of porous tin phosphate materials. First part refers to obtaining mesoporous tin phosphates with the aid of hydrothermal syntheses, sol-gel and nanocating with hard templates. The obtained products exhibit ordered mesoporous system but the ordering of the mesoporous structure deteriorated markedly after thermal treatment. Thermal treatment was necessary to remove structure directing agents. Despite that, all products exhibit mesoporosity with high surface areas and narrow pore size distributions. Ordered mesoporous tin phosphates with hexagonal structure and thermal stability up to 550˚C were synthesized via nanocasting route with hard templates such as SBA-15 and mesoporous carbon CMK-3. All the obtained samples exhibit catalytic acid active sites and do not show redox properties (no activity in the oxidation reactions). The second part of presented study was the syntheses of crystalline, microporous AFI structured AlPO4-5 analogs. The rising amounts of tin was introduced to AlPO4-5 material until amorphous material was obtained. Significant novelty of this part of the study was the use of tetravalent tin (presented in literature) and divalent tin (not yet presented) and the system containing both valence states together

The wide angle and small angle (insert) XRD patterns of selected TiAlk samples.

<p>The wide angle and small angle (insert) XRD patterns of selected TiAlk samples.</p

Nyquist plots of impedance spectra of DSSC devices based on different TiAlk photoelectrodes.

<p>Nyquist plots of impedance spectra of DSSC devices based on different TiAlk photoelectrodes.</p

The nomenclature of the synthesized materials.

<p>The nomenclature of the synthesized materials.</p

DTA and TG diagram of TiiPr material.

<p>DTA and TG diagram of TiiPr material.</p

The JV curves of selected TiAlk cells.

<p>The JV curves of selected TiAlk cells.</p

Photoelectrochemical properties of the cells assembled with electrodes prepared using TiAlk materials.

<p>Photoelectrochemical properties of the cells assembled with electrodes prepared using TiAlk materials.</p

N₂ adsorption-desorption isotherms and BJH pore distribution plots (insert) of selected TiAlk samples.

<p>N₂ adsorption-desorption isotherms and BJH pore distribution plots (insert) of selected TiAlk samples.</p