Synthesis of Indandione-Based Porous Organic Polymers and Their Applications in Zinc-Ion Batteries

Abstract

There has been growing interest in porous organic polymers (POPs) in recent years due to their large surface area, easy chemical tunability, sustainability, and high thermal and chemical stability. Due to their exceptional properties, they are suitable for use as platforms in various applications, including gas storage, separation, catalysis, and, more recently, energy storage systems. In this regard, it is imperative to design new functional POPs with a large surface area, permanent porosity, and physicochemical stability. In this thesis, we have presented indandione-based POPs (r-POPs) prepared by an acid-catalyzed condensation reaction between s-indacene-1,3,5,7(2H,6H)-tetraone and benzene-1,3,5-tricarboxaldehyde under highly environmentally friendly conditions. In order to optimize the reaction conditions, we first synthesized the model compound, namely 2-benzylidene-1H-indene-1,3(2H)-dione. The model compound was characterized by using 1H and 13C-NMR spectroscopy. Using different types of acids, we have investigated the effect of acid on polymerization and its textural properties. The polymers were characterized using various characterization techniques. Due to increased interest in renewable energy as a fossil fuel substitute, energy storage systems have attracted colossal interest, and rechargeable aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) are seen as promising energy storage systems, particularly for grid-scale applications. In this respect, the carbonyl-rich structure of r-POPs transforms them into a potential electrode material. Thus, we have also investigated their electrochemical performances as cathode materials for ZIBs. Although r-POPs showed low electrochemical performance in capacity and cycle life, they have great potential to be an electrode material in other metal-ion batteries.

yıllarda, geniş yüzey alanları, kolay kimyasal ayarlanabilirlikleri, sürdürülebilirlikleri ve yüksek termal ve kimyasal kararlılıkları nedeniyle gözenekli organik polimerlere (GOP'lar) artan bir ilgi var. İstisnai özellikleri nedeniyle, gaz depolama, ayırma, kataliz ve daha yakın zamanda enerji depolama sistemleri dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda platformlar olarak kullanılmaya uygundurlar. Bu nedenle, geniş bir yüzey alanına, kalıcı gözenekliliğe ve yüksek düzeyde fizikokimyasal stabiliteye sahip yeni fonksiyonel GOP'lar tasarlamak çok önemlidir. Bu tezde, s-indasen-1,3,5,7(2H,6H)-tetraon ve benzen-1,3,5-trikarboksialdehit arasında son derece çevre dostu koşullarda asit katalizli bir yoğuşma reaksiyonuyla hazırlanan indandion bazlı GOP'ları (r-GOP'lar) sunduk. Reaksiyon koşullarını optimize etmek için önce model bileşiği, 2-benziliden-1H-inden-1,3(2H)-dion'u sentezledik. Model bileşik, 1H ve 13C-NMR spektroskopisi kullanılarak karakterize edildi. Farklı asit türleri kullanarak, asidin polimerizasyon ve dokusal özellikleri üzerindeki etkisini araştırdık. Polimerler, çeşitli karakterizasyon teknikleri kullanılarak karakterize edildi. Fosil, yakıt ikamesi olarak yenilenebilir enerjiye olan ilginin artması nedeniyle, enerji depolama sistemleri muazzam bir ilgi gördü ve şarj edilebilir sulu çinko-iyon piller (ZIB'ler), özellikle şebeke ölçekli uygulamalar için umut verici enerji depolama sistemleri olarak görülüyor. Bu açıdan, r-GOP'ların karbonil açısından zengin yapıları onları potansiyel bir elektrot malzemesine dönüştürür. Bu sebeple, ZIB'ler için katot malzemeleri olarak elektrokimyasal performanslarını da araştırdık. r-GOP'lar, kapasite ve çevrim ömrü açısından düşük elektrokimyasal performans gösterseler de, diğer metaliyon pil türlerinde bir elektrot malzemesi olma potansiyelleri yüksektir.