Method for the in situ preparation of a single layer of zeolite Beta crystals on a molybdenum substrate for microreactor applications

A method for the hydrothermal synthesis of a single layer of zeolite Beta crystals on a molybdenum substrate for microreactor applications has been developed. Before the hydrothermal synthesis, the surface of the substrate was modified by an etching procedure that increases the roughness at the nanoscale level without completely eliminating the surface lay structure. Then, thin films of Al2O3 (170 nm) and TiO2 (50 nm) were successively deposited by atomic layer deposition (ALD) on the substrate. The internal Al2O3 film protects the Mo substrate from oxidation up to 550 degrees C in an oxidative environment. The high wettability of the external TiO2 film after UV irradiation increases zeolite nucleation on its surface. The role of the metal precursor (TiCl4 vs TiI4), deposition temperature (300 vs 500 degrees C), and film thickness (50 vs 100 nm) was investigated to obtain titania films with the slowest decay in the superhydrophilic behavior after UV irradiation. Zeolite Beta coatings with a Si/Al ratio of 23 were grown at 140 degrees C for 48 It. After ion exchange with a 10(-4) M cobalt acetate solution, the activity of the coatings was determined in the ammoxidation of ethylene to acetonitrile in a microstructured reactor. A maximum reaction rate of 220 mu mol C2H3N g(-1) s(-1) was obtained at 500 degrees C, with 42% carbon selectivity to acetonitrile. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Solid-state sodium-selective sensors based on screen-printed Ag/AgCl reference electrodes

The potentiometric and AC impedance characteristics of all solid-state sodium-selective electrodes based on planar screen-printed Ag/AgCl electrodes are described. Two solid-state designs have been investigated. The first was based on the deposition of a sodium-selective PVC membrane directly on top of a screen-printed Ag/AgCl electrode, The second design included a NaCl doped hydrogel layer, between the PVC and Ag\AgCl layers. The hydrogel provides a mechanism to relieve any blockage to charge transfer occurring when PVC membranes are used directly on top of Ag/AgCl and also improves adhesion between the two layers. Results suggest the electrodes display Fast ion exchange kinetics, low noise and drift. The performance compares favorably to that of a conventional ion-selective electrode with internal filling solution.

A plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA) from the liver fluke, Fasciola hepatica

Fasciolosis is a parasitic infection by the liver fluke Fasciola hepatica, which costs the global agricultural community over US $2 billion per year. Its prevalence is rising due to factors such as climate change and drug resistance. ATP-dependent membrane transporters are considered good potential drug targets as they are essential for cellular processes and are in an exposed, accessible position in the cell. Immunolocalisation studies demonstrated that a plasma membrane calcium ATPase (PMCA) was localised to the parenchymal tissue in F. hepatica. The coding sequence for a F. hepatica PMCA (FhPMCA) has been obtained. This sequence encodes a 1,163 amino acid protein which contains motifs which are commonly conserved in PMCAs. Molecular modelling predicted that the protein has 10 transmembrane segments which include a potential calcium ion binding site and phosphorylation motif. FhPMCA interacts with the calmodulin-like protein FhCaM1, but not the related proteins FhCaM2 or FhCaM3, in a calcium-ion dependent manner. This interaction occurs through a region in the C-terminal region of FhPMCA which most likely adopts an a-helical conformation. When FhPMCA was heterologously expressed in a budding yeast strain deleted for its PMCA (Pmc1p), it restored viability. Microsomes prepared from these yeast cells had calcium ion stimulated ATPase activity which was inhibited by the known PMCA inhibitors, bisphenol and eosin. The potential of FhPMCA as a new drug target is discussed.

Oxidative dehydrogenation of propane with N2O over Fe-ZSM-5 and Fe-SiO2: Influence of the iron species and acid sites

A series of iron containing zeolites with varying Si/Al ratios (11.5-140) and low iron content (similar to 0.9 wt.% Fe) have been synthesised by solid-state ion exchange with commercially available zeolites and tested, for the first time, in the oxidative dehydrogenation of propane (ODHP) with N2O. The samples were characterised by XRD, N-2-Adsorption, NH3-TPD and DR-UV-vis spectroscopy. The acidity of the Fe-ZSM-5 can be controlled by high temperature and steam treatments and Si/Al ratio. The selectivity and yield of propene were found to be the highest over Fe-ZSM-5 with low Al contents and reduced acidity. The initial propene yield over Fe-ZSM-5 was significantly higher than that of Fe-SiO2 since the presence of weak and/or medium acid sites together with oligonuclear iron species and iron oxides on the ZSM-5 are found to enhance the N2O activation. The coking of Fe-ZSM-5 catalysts could also be controlled by reduction of the surface acidity of ZSM-5 and by the use of O-2 in addition to N2O as the oxidant. Fe-ZSM-5 zeolites prepared with solid-state method have been shown to have comparable activity and better stability towards coking compared with Fe-ZSM-5 zeolites prepared by liquid ion exchange and hydrothermal synthesis methods. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Adsorption of aqueous metal ions on oxygen and nitrogen functionalized nanoporous activated carbons

In this study, the adsorption characteristics of two series of oxygen and nitrogen functionalized activated carbons were investigated. These series were a low nitrogen content(similar to 1 wt % daf) carbon series derived from coconut shell and a high nitrogen content (similar to 8 wt % daf) carbon series derived from polyacrylonitrile. In both series, the oxygen contents were varied over the range similar to 2-22 wt % daf. The porous structures of the functionalized activated carbons were characterized using N-2 (77 K) and CO2 (273 K) adsorption. Only minor changes in the porous structure were observed in both series. This allowed the effect of changes in functional group concentrations on metal ion adsorption to be studied without major influences due to differences in porous structure characteristics. The surface group characteristics were examined by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, acid/base titrations, and measurement of the point of zero charge (pH(PZC)). The adsorption of aqueous metal ion species, M2+(aq), on acidic oxygen functional group sites mainly involves an ion exchange mechanism. The ratios of protons displaced to the amount of M2+(aq) metal species adsorbed have a linear relationship for the carbons with pH(PZC) <= 4.15. Hydrolysis of metal species in solution may affect the adsorption of metal ion species and displacement of protons. In the case of basic carbons, both protons and metal ions are adsorbed on the carbons. The complex nature of competitive adsorption between the proton and metal ion species and the amphoteric character of carbon surfaces are discussed in relation to the mechanism of adsorption.

Competitive adsorption of aqueous metal ions on an oxidized nanoporous activated carbon\

Competitive adsorption is the usual situation in real applications, and it is of critical importance in determining the overall performance of an adsorbent. In this study, the competitive adsorption characteristics of all the combinations of binary mixtures of aqueous metal ion species Ca2+(aq), Cd2+(aq), Pb2+(aq), and Hg2+(aq) on a functionalized activated carbon were investigated. The porous structure of the functionalized active carbon was characterized using N-2 (77 K) and CO2 (273 K) adsorption. The surface group characteristics were examined by temperature-programmed desorption, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, acid/base titrations, and measurement of the point of zero charge (pH(PZC)). The adsorption of aqueous metal ion species M2+(aq), on acidic oxygen functional group sites mainly involves an ion exchange mechanism. The ratios of protons displaced to the amount of M2+(aq) metal species adsorbed have a linear relationship for both single-ion and binary mixtures of these species. Hydrolysis of metal species in solution may affect the adsorption, and this is the case for adsorption of Hg2+(aq) and Pb2+(aq). Competitive adsorption decreases the amounts of individual metal ions adsorbed, but the maximum amounts adsorbed still follow the order Hg2+(aq) > Pb2+(aq) > Cd2+(aq) > Ca2+(aq) obtained for single metal ion adsorption. The adsorption isotherms for single metal ion species were used to develop a model for competitive adsorption in binary mixtures, involving exchange of ions in solution with surface proton sites and adsorbed metal ions, with the species having different accessibilities to the porous structure. The model was validated against the experimental data.

Purification of a cathepsin L-like proteinase secreted by adult Fasciola hepatica

A cysteine proteinase released in vitro by Fasciola hepatica was purified to homogeneity by Sephacryl S-200 gel filtration chromatography followed by QAE-Sephadex chromatography. The purified enzyme resolves as a single band with an apparent molecular size of 27 kDa on reducing SDS-polyacrylamide gel electrophoresis; however, under non-reducing conditions it migrates as multiple bands, each with enzymatic activity, in the apparent molecular size range 60-90 kDa. The sequence of the first 20 N-terminal amino acids of the enzyme shows considerable homology with cathepsin L-like proteinases. Immunolocalisation studies revealed that the cathepsin L-like proteinase is concentrated within vesicles in the gut epithelial cells of liver fluke.

The role of salt and shear on the storage and assembly of spider silk proteins

Major ampullate silk fibers of orb web-weaving spiders have impressive mechanical properties due to the fact that the underlying proteins partially fold into helical/amorphous structures, yielding relatively elastic matrices that are toughened by anisotropic nanoparticulate inclusions (formed from stacks of beta-sheets of the same proteins). In vivo the transition from soluble protein to solid fibers involves a combination of chemical and mechanical stimuli (such as ion exchange, extraction of water and shear forces). Here we elucidate the effects of such stimuli on the in vitro aggregation of engineered and recombinantly produced major ampullate silk-like proteins (focusing on structure-function relationships with respect to their primary structures), and discuss their relevance to the storage and assembly of spider silk proteins in vivo. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

A rapid HPLC protocol for detection of polyols and trehalose

A procedure was developed to extract polyols and trehalose (protectants against stress) from fungal conidia. Conidia were sonicated (120 s) and immersed in a boiling water bath (5.5 min) to optimize extraction of polyols and trehalose, respectively. A rapid method was developed to separate and detect low-molecular-weight polyols and trehalose using high-performance liquid chromatography (HPLC). An ion exchange column designed for standard carbohydrate analysis was used in preference to one designed for sugar alcohol separation. This resulted in rapid elution (less than 5 min), without sacrificing peak resolution. The use of a pulsed electrochemical detector (gold electrode) resulted in limits of reliable quantification as low as 1.6 μg ml-1 for polyols and 2.8 μg ml-1 for trehalose. This is very sensitive and rapid method by which these protectants can be analysed. It avoids polyol derivatization that characterizes analysis by gas chromatography and the long run times (up to 45 min) that typify HPLC analysis using sugar alcohol columns.

The effect of heating temperature on the properties of vermiculites from Tanzania with respect to potential agronomic applications

This study was carried out to assess the properties of vermiculites from Tanzania with respect to the temperature used to expand them. Vermiculites from five locations in the Mozambique Belt of Tanzania were sampled and heated at 15, 200, 400, 600 and 800 °C in a muffle furnace. Palabora Europe Ltd provided one sample for comparison from their South Africa deposit which provides vermiculite used worldwide as a soil amendment. Water release characteristic, cation exchange capacity, pH, mass loss, and bulk density were among the properties assessed. All six vermiculites responded differently on heating, and had a significant variation in their agronomic properties. Water release characteristic varied with the degree of exfoliation and phase composition. Although vermiculites from Tanzania expanded on heating, their capacity to retain plant available water was relatively low as compared to vermiculite from Palabora. Disintegration on heating and the presence of a high amount of iron could be among the factors affecting their water release characteristic. Loss of hydroxyl water was higher in vermiculites than in hydrobiotites. Dehydroxylation enhanced the availability of exchangeable K⁺ and reduced significantly the cation exchange capacity of vermiculites. The optimum exchangeable K⁺ was obtained on heating at a temperature of 600 °C. The pH was unaffected by heating to a temperature of less than 600 °C. At higher temperature, the pH increased in some samples and was accompanied by substantial amounts of exchangeable Mg²⁺. Thus, it was concluded that initial characterization of vermiculites is essential prior to potential agricultural applications in order to optimize their agronomic potential. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Improved Efficiency for Partial Oxidation of Methane by Controlled Copper Deposition on Surface-Modified ZSM-5

The mono(μ-oxo) dicopper cores present in the pores of Cu-ZSM-5 are active for the partial oxidation of methane to methanol. However, copper on the external surface reduces the ratio of active, selective sites to unselective sites. More efficient catalysts are obtained by controlling the copper deposition during synthesis. Herein, the external exchange sites of ZSM-5 samples were passivated by bis(trimethylsilyl) trifluoroacetamide (BSTFA) followed by calcination, promoting selective deposition of intraporous copper during aqueous copper ion exchange. At an optimum level of 1–2 wt % SiO2, IR studies showed a 64 % relative reduction in external copper species and temperature-programmed oxidation analysis showed an associated increase in the formation of methanol compared with unmodified Cu-ZSM-5 samples. It is, therefore, reported that the modified zeolites contained a significantly higher proportion of active, selective copper species than their unmodified counterparts with activity for partial methane oxidation to methanol.

Thin mercury film electrodes in dynamic speciation studies of metals

No presente trabalho, foi avaliado o desempenho e a aplicabilidade do eléctrodo de filme fino de mercúrio, em estudos de especiação dinâmica de metais vestigiais. Para tal, foram utilizadas duas técnicas electroanalíticas de redissolução: a clássica Voltametria de Redissolução Anódica (ASV) e a recentemente desenvolvida, Cronopotenciometria de Redissolução com varrimento do potencial de deposição (SSCP). As propriedades de troca-iónica e de transporte de massa de películas mistas preparadas a partir de dois polímeros com características distintas, o Nafion (NA) e o 4-Poliestireno sulfonato de sódio (PSS), foram avaliadas, antes da sua aplicação no âmbito da especiação de metais. Estas películas de NA-PSS demonstraram uma elevada sensibilidade, reprodutibilidade, estabilidade mecânica, bem como, propriedades de anti-bloqueio adequadas na modificação química do eléctrodo de filme fino de mercúrio (TMFE) e, na sua aplicação na determinação de catiões metálicos vestigiais em amostras complexas, por ASV. Para além disso, o desempenho de membranas do polielectrólito PSS em estudos de voltametria de troca-iónica (IEV) foi estudado. O objectivo desta investigação foi reunir as condições ideais na preparação de películas de PSS estáveis e com uma densidade de carga negativa elevada, de modo a aumentar a acumulação electrostática de catiões metálicos no filme polimérico e por conseguinte, conseguir incrementos no sinal voltamétrico. O desempenho e aplicabilidade do TMFE em estudos de especiação de metais vestigiais foram extendidos à SSCP como técnica analítica. Dada a elevada sensibilidade e resolução evidenciada pelo TMFE, este revelou ser uma alternativa adequada aos eléctrodos de mercúrio convencionais, podendo ser utilizado durante um dia de trabalho, sem degradação aparente do sinal analítico de SCP. As curvas de SSCP obtidas experimentalmente utilizando o TMFE estavam em concordância com aquelas previstas pela teoria. Para além disso, a constante de estabilidade (K) calculada a partir do desvio do potencial de meia-onda, para dois sistemas metal-complexo lábeis, aproxima-se não só do valor teórico, como também daquele obtido utilizando o eléctrodo de mercúrio de gota suspensa (HMDE). Adicionalmente, o critério experimental de labilidade inerente a esta técnica foi validado e o grau de labilidade para um dado sistema metal-complexo foi determinado, utilizando o filme fino de mercúrio depositado sob um eléctrodo rotativo (TMF-RDE). Este eléctrodo é muito útil na determinação de parâmetros cinéticos, como é o caso da constante de velocidade de associação (ka), uma vez que as condições hidrodinâmicas, durante a etapa de deposição, se encontram bem definidas.

Caracterização de novas membranas de titanossilicatos microporosos por ensaios de permeabilidade

O interesse crescente das membranas inorgânicas deve-se à potencial aplicação em novas áreas de investigação e da indústria, e em alternativa a operações mais convencionais. Em particular, as membranas de titanossilicatos oferecem vantagens importantes sobre as de zeólitos, pois podem ser sintetizadas sem agentes estruturantes orgânicos, para evitar a calcinação subsequente usualmente responsável por defeitos irreversíveis, exibem novas possibilidades de substituição isomórfica da matriz, permitindo um ajuste mais fino das propriedades catalíticas e de adsorção, e são capazes de separar misturas com base em diferenças de afinidade e tamanho molecular (efeito de peneiro). Os objectivos principais deste trabalho foram: i) a caracterização dinâmica de membranas do tipo zeolítico sintetizadas no Laboratório Associado CICECO, realizando-se experiências de permeação com gases puros e misturas; ii) o desenvolvimento e validação de novos modelos para a transferência de massa multicomponente através de membranas porosas pela abordagem de Maxwell-Stefan, tendo em conta os mecanismos específicos encontrados, particularmente a contribuição por difusão superficial; e iii) a modelação dos pontos experimentais medidos, bem como dados compilados da literatura. De forma a realizar os ensaios de permeação, desenhou-se, montou-se e testou-se uma instalação experimental. Para gases puros, os objectivos principais foram a medição de permeâncias a temperatura constante, por variação da pressão transmembranar r ( ΔP ), e de permeâncias a temperatura programada, conduzidas a ΔP constante. Seguidamente, calcularam-se as selectividades ideais. Em relação a misturas, a determinação de selectividades reais requer as fracções molares no permeado e no retido. Na globalidade, estudaram-se três suportes diferentes (aço inoxidável e α − alumina) e dezanove membranas de AM-3, ETS-10, ZSM-5 e zeólito 4A, utilizando-se H2, He, N2, CO2, e O2. A primeira avaliação exploratória da qualidade das membranas foi feita permeando azoto à temperatura ambiente. Assim, permeâncias superiores a 10−6 mol/m2s.Pa evidenciavam defeitos grosseiros, levando-nos a efectuar cristalizações adicionais sobre as primeiras camadas. Este procedimento foi implementado com oito membranas. Um trabalho experimental mais detalhado foi conduzido com cinco membranas. Membranas com curvas permeância-temperatura ( Π −T ) decrescentes indicam tipicamente transporte viscoso e de Knudsen, i.e. meso e macrodefeitos. Por exemplo, a membrana nº 3 de AM-3 exibiu este comportamento com H2, He, N2 e CO2 puros. A contribuição de Knudsen foi confirmada pela relação linear encontrada entre as permeâncias e o inverso da raiz quadrada da massa molar. O mecanismo viscoso foi também identificado, pois as permeâncias eram inversamente proporcionais à viscosidade do gás ou, atendendo a equações do tipo de Chapman-Enskog, directamente proporcionais a 2 0.5 k d M (onde k d é o diâmetro cinético e M a massa molar). Um comportamento de permeação distinto observou-se com a membrana nº 5 de AM-3. As permeâncias registadas a temperatura programada eram aproximadamente constantes para o N2, CO2 e O2, enquanto com o H2 cresciam significativamente. Conjuntamente elas evidenciam a ocorrência de macro, meso e microdefeitos intercristalinos. O transporte gasoso activado através dos microporos compensa o impacto diminuidor dos meso e macroporos. Ao contrário do N2, CO2 e O2, o pequeno diâmetro do hidrogénio torna-lhe possível permear através dos microporos intracristalinos, o que lhe adiciona um mecanismo de transferência responsável por esse crescimento. No que respeita à difusão superficial, o sistema CO2/ZSM-5 pode ser tomado como um exemplo paradigmático. Uma vez que este zeólito adsorve o CO2, as permeâncias diminuem com o crescimento de ΔP , em virtude de as concentrações no sólido aumentarem de forma não linear e tenderem para a saturação. Os resultados contrastantes obtidos com azoto realçam ainda mais o mecanismo superficial, pois o N2 não é adsorvido e as permeâncias medidas são constantes. Globalmente, as selectividades ideais calculadas ( α* ) variam de cerca de 1 a 4.2. Este parâmetro foi também utilizado para discriminar as melhores membranas, uma vez que baixos valores de α* denotam o escoamento viscoso não-selectivo típico de macrodefeitos. Por exemplo, o H2/CO2 na membrana nº 3 de AM-3 apresentou α* = 3.6 − 4.2 para 40–120ºC, enquanto que na membrana nº 5 de AM-3 originou α* = 2.6 − 3.1. Estes resultados corroboraram as observações anteriores, segundo as quais a membrana nº 5 era melhor do que a nº 3. Alguns ensaios foram realizados com membranas saturadas com água para aumentar a selectividade: as medições mostraram claramente uma melhoria inicial seguida de uma redução consistente de α* com o aumento da temperatura, devido à remoção das moléculas de água responsáveis pela obstrução de alguns poros. Em relação às selectividades reais de misturas contendo hidrogénio, devem ser realizadas mais experiências e a quantificação do hidrogénio deve ser melhorada. No que concerne à modelação, novos factores termodinâmicos de Maxwell- Stefan foram derivados para as isotérmicas mono e multicomponente de Nitta, Langmuir-Freundlich e Toth, tendo sido testadas com dados de equilíbrio e de permeação da literatura. (É importante realçar que só estão publicadas equações para Langmuir e Dual-Site Langmuir de componentes puros e misturas). O procedimento de validação adoptado foi exigente: i) as isotérmicas multicomponente foram previstas a partir das de gás puro; ii) os parâmetros de difusão dos componentes puros foram ajustados a dados de permeação de cada gás; iii) depois, as difusividades cruzadas de Maxwell- Stefan foram estimadas pela relação de Vignes; finalmente, v) as novas equações foram testadas usando-se estes parâmetros, tendo sido capazes de estimar com sucesso fluxos binários. Paralelamente ao enfoque principal do trabalho, derivou-se um novo modelo para permuta iónica em materiais microporosos baseado nas equações de Maxwell-Stefan. Este foi validado com dados experimentais de remoção de Hg2+ e Cd2+ de soluções aquosas usando ETS-4. A sua capacidade preditiva foi também avaliada, sendo possível concluir que se comporta muito bem. Com efeito, conseguiram-se boas previsões com parâmetros optimizados a partir de conjuntos de dados independentes. Este comportamento pode ser atribuído aos princípios físicos sólidos da teoria de Maxwell-Stefan.

Maturação de lamas vulcânicas açorianas e sua aplicação em peloterapia

Em Portugal, nomeadamente nos Açores (Centro Termal das Furnas), durante vários anos foram utilizados pelóides naturais (lamas/argilas obtidos após conveniente maturação com água mineral) como agentes terapêuticos. Apesar das evidências empíricas da aplicação das argilas para fins terapêuticos, o suporte científico é ainda escasso. Além disso, contrariamente ao que se verifica para águas minerais utilizadas para fins termais, no campo da peloterapia, não existe regulamentação que estabeleça critérios quanto à qualidade padrão de um pelóide. Este trabalho visou a avaliação das características biológicas, físico-químicas e mineralógicas de lamas vulcânicas das ilhas de São Miguel e da Terceira para aplicação em peloterapia antes e após maturação. A área de amostragem foi caracterizada sob o ponto de vista geomorfológico, geológico, hidrológico e climático. A análise dos materiais colhidos contemplou estudos de granulometria e de mineralogia da amostra total e da fracção argilosa; caracterização química; e determinação de outras propriedades tais como índice de abrasividade, superfície específica, pH, capacidade de troca catiónica e catiões de troca, limites de consistência (plasticidade e liquidez e índice de plasticidade) e taxa de arrefecimento. A caracterização biológica das lamas incluiu a identificação e quantificação relativa de diatomáceas e a determinação do teor em coliformes totais e microrganismos cultiváveis a 37 ºC e a 22 ºC. Estudos efectuados em amostras comerciais argilosas e em recursos naturais açorianos precederam os ensaios de maturação. Estes estudos visaram, fundamentalmente, aferir as características apropriadas dos materiais para aplicação tópica e detectar e caracterizar a presença de comunidades diatomológicas em locais próximos dos materiais a serem sujeitos a maturação. O estudo de maturação foi desenvolvido em duas etapas sequenciais e complementares com vista à optimização do processo de maturação de lamas vulcânicas açorianas. Foi testada a influência de algumas condições abióticas na maturação e fez-se variar a fracção granulométrica, proporção fase sólida:fase líquida e o tempo de maturação entre os dois ensaios. O uso da granulometria <63 μm, proporção de 2:1 (fase sólida:fase líquida) e condições de luminosidade, sem agitação parecem ser as mais adequadas à maturação dos materiais analisados. A maturação revela-se um processo que promove a melhoria de características importantes dos materiais para aplicação em peloterapia, tais como aumento dos tempos de arrefecimento e da quantidade de catiões de troca. Existe uma comunidade de microalgas e bacteriana capaz de se desenvolver em materiais geológicos vulcânicos durante a maturação e cujo contributo para a acção terapêutica do pelóide deverá ser aferida. Após comparação com materiais de referência, a amostra das Furnas revela as características mais adequadas para aplicação em peloterapia.

Metal-organic frameworks based on phosphonate linkers

During the last few decades, Metal-Organic Frameworks (MOFs), also known as Coordination Polymers, have attracted worldwide research attentions due to their incremented fascinating architectures and unique properties. These multidimensional materials have been potential applications in distinct areas: gas storage and separation, ion exchange, catalysis, magnetism, in optical sensors, among several others. The MOF research group at the University of Aveiro has prepared MOFs from the combination of phosphonate organic primary building units (PBUs) with, mainly, lanthanides. This thesis documents the last findings in this area involving the synthesis of multidimensional MOFs based on four di- or tripodal phosphonates ligands. The organic PBUs were designed and prepared by selecting and optimizing the best reaction conditions and synthetic routes. The self-assembly between phosphonate PBUs and rare-earths cations led to the formation of several 1D, 2D and 3D families of isotypical MOFs. The preparation of these materials was achieved by using distinct synthetic approaches: hydro(solvo)thermal, microwave- and ultrasound-assisted, one-pot and ionothermal synthesis. The selection of the organic PBUs showed to have an important role in the final architectures: while flexible phosphonate ligands afforded 1D, 2D and dense 3D structures, a large and rigid organic PBU isolated a porous 3D MOF. The crystal structure of these materials was successfully unveiled by powder or single-crystal X-ray diffraction. All multidimensional MOFs were characterized by standard solid-state techniques (FT-IR, electron microscopy (SEM and EDS), solid-state NMR, elemental and thermogravimetric analysis). Some MOF materials exhibited remarkable thermal stability and robustness up to ca. 400 ºC. The intrinsic properties of some MOFs were investigated. Photoluminescence studies revealed that the selected organic PBUs are suitable sensitizers of Tb3+ leading to the isolation of intense green-emitting materials. The suppression of the O−H quenchers by deuteration or dehydration processes improves substantially the photoluminescence of the optically-active Eu3+-based materials. Some MOF materials exhibited high heterogeneous catalytic activity and excellent regioselectivity in the ring-opening reaction of styrene oxide (PhEtO) with methanol (100% conversion of PhEtO at 55 ºC for 30 min). The porous MOF material was employed in gas separation processes. This compound showed the ability to separate propane over propylene. The ionexchanged form of this material (containing K+ cations into its network) exhibited higher affinity for CO2 being capable to separate acetylene over this environment non-friendly gas.