From nitrogen-containing aromatic compounds to new functional organic-based materials

PROJEKT / PROJECT: FunMaterials

IP-2020-02-4467

 

NAZIV PROJEKTA / PROJECT TITLE: Od aromatskih spojeva s dušikom do novih funkcionalnih organskih materijala / From nitrogen-containing aromatic compounds to new functional organic-based materials

 

Trajanje / Duration: 1.1.2021. – 31.12. 2024.

 

Financiranje / Funding: Hrvatska zaklada za znanost / Croatian Science Foundation

 

VODITELJ PROJEKTA / PRINCIPAL INVESTIGATOR: izv. prof. dr. sc. Ivana Biljan

 

INSTITUCIJE KOJE SUDJELUJU U PROJEKTU / INSTITUTIONS:

Prirodoslovno-matematički fakultet Sveučilišta u Zagrebu / Faculty of Science at University of Zagreb (UniZg)

Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Prag / Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Prague

 

SAŽETAK:

Modularni dizajn odozdo prema gore, odnosno pristup povezivanja molekularnih građevnih jedinki unaprijed određene geometrije i funkcionalnosti na predvidljiv način, važan je put prema funkcionalnim organskim arhitekturama. U ovom projektu, osnovna ideja je upotrijebiti strukturno slične molekularne građevne jedinke, aromatske spojeve s dušikom, za dizajn samoudruženih višeslojeva i 2D polimera na čvrstim površinama s mogućom primjenom u molekularnoj elektronici, te za sintezu poroznih organskih materijala koji bi se mogli koristiti za adsorpciju i pohranjivanje plinova.

Aromatski C-nitrozo spojevi izloženi na međupovršini metal-otopina koristit će se kao predlošci za hijerarhijsku izgradnju azodioksidnih višeslojeva interakcijama s aromatskim dinitrozo derivatima. Mehanizam nastajanja i kinetika rasta nitrozo/azodioksidnih slojeva na površinama istražit će se elipsometrijom, AFM i STM mikroskopijom te računalnim metodama. Nadalje, provest će se in situ EC-STM istraživanja od kojih se očekuje pružanje informacija o strukturi i dinamici na razini pojedinačnih molekula. Također će se istražiti polimerizacija aromatskih polinitrozo derivata na površinama i moguće nastajanje površinom ograničenih 2D azodioksidnih polimera. Kristalni (COF-ovi) ili amorfni (COP-ovi) porozni organski materijali mogu nastati povezivanjem organskih građevnih jedinki preko kovalentnih veza. Aromatske građevne jedinke s nitrozo, nitro i/ili amino skupinama bit će korištene za modularni dizajn azo, azoksi i azodioksidnih COF-ova i/ili COP-ova. Strukturna i funkcionalna svojstva poroznih materijala bit će karakterizirana spektroskopijom, termičkom analizom, rentgenskom difrakcijom, mjerenjima specifične površine i molekularnim modeliranjem. Cilj je ispitati utjecaj različitih dušik-dušik veza na strukturna (kristalne naspram amorfnih krutina) i funkcionalna svojstva konačnih materijala te identificirati obećavajuće nove porozne sustave za učinkovito hvatanje CO2, glavnog stakleničkog plina.

 

ABSTRACT:

A bottom-up modular design, an approach of piecing together molecular building blocks of predetermined geometry and functionality in a predictable manner, is an important route toward the functional organic architectures. Within this project, the basic idea is to employ structurally similar molecular building blocks, nitrogen-containing aromatic compounds, for a design of self-assembled multilayers and 2D polymers on solid surfaces with possible applications in molecular electronics, and for the synthesis of porous organic materials which could be used in gas adsorption and storage.

Aromatic C-nitroso groups exposed at the metal-solution interface will be used as templates for hierarchical construction of azodioxy multilayers by interactions with aromatic dinitroso derivatives. Formation mechanism and growth kinetics of nitroso/azodioxy adlayers on surfaces will be explored by ellipsometry, AFM and STM microscopy, and computational methods. In addition, in situ EC-STM studies expected to provide structure and dynamics information at single-molecule level will be performed. Polymerization of aromatic polynitroso compounds on surfaces and possible formation of surface-confined 2D azodioxy polymers will be also investigated. Crystalline (COFs) or amorphous (COPs) porous organic materials can be formed by linking organic building units through covalent bonds. Aromatic building blocks with nitroso, nitro and/or amino groups will be utilized for modular design of azo, azoxy and azodioxy COFs and/or COPs. Structural and functional features of porous materials will be characterized by spectroscopy, thermal analysis, X-ray diffraction, surface area measurements and molecular modelling. The aim is to examine the effect of different nitrogen-nitrogen linkages on structural (crystalline vs. amorphous solids) and functional properties of final materials and to identify the promising new porous organic systems for the effective capture of CO2, the main greenhouse gas.

 

PROJEKTNI TIM / PROJECT TEAM:

Hrvoj Vančik

Vesna Petrović Peroković

Ivan Kodrin

Nikola Cindro

Željka Car

Igor Rončević

Mladen Borovina

Barbara Panić

Petar Šutalo