Design of Silicate Hybrid Reticular Networks using Spherosilicate Precursors and Polyfunctional Linkers

Promovendus/a: Jelle Jamoul

Promotor(en): Prof. dr. ir. Johan Martens, De heer Sam Smet

Silicaten vormen een uitgebreide materiaalfamilie met diverse structuren, die worden opgebouwd uit subeenheden met een specifiek aantal SiO₂-monomeren. Binnen deze groep onderscheiden silikaatprecursoren op basis van kubussen zich door hun grote potentieel voor de ontwikkeling van nieuwe hybride reticulaire silicaatmaterialen. Dit komt door hun nanoschaal dimensie, achtvoudige symmetrie en de mogelijkheid om de hoekpunten eenvoudig te modificeren met functionele groepen. Deze precursoren fungeren als knooppunten waaruit het structurele netwerk zich in één, twee of drie dimensies uitbreidt, wat ze geschikt maakt voor uiteenlopende toepassingen zoals katalyse, adsorptie- en scheidingsprocessen, polymeerverwerking, coatings en sensoren.

In dit proefschrift worden twee reticulaire materialen beschreven die zijn gesynthetiseerd op basis van silikaat kubussen als knooppunten: PolySilicate Porous Organic Polymers met koolstof linkers en PolyOligoSiloxySilicones met siliconen linkers, beide verwant aan de reeds bekende klasse van poreuze organische polymeren. Deze hybride materialen combineren unieke eigenschappen zoals chemische inertheid, mechanische robuustheid, hydrofobiciteit, variabele porositeit, flexibiliteit en aanpasbare chemische functionaliteit. De synthese start van nul-dimensionale cyclosilicaat hydraat - en Si-Cl-spherosilicaat precursoren, wat een efficiënter synthese platform biedt voor de ontwikkeling van reticulaire silicaatmaterialen in vergelijking met de conventionele polyhedral oligomeric silsesquioxane precursoren. Si-Cl-spherosilicaten worden verkregen door silikaat kubussen uit een cyclosilicaat hydraat fase te functionaliseren met dichloorsilanen. Naast variatie in de samenstelling van linkers binnen driedimensionale reticulaire netwerken werd kristalliniteit geïntroduceerd in de nul-dimensionale spherosilicaat precursor. Dit vormt een basis voor de ontwikkeling van kristallijne hybride silicaat-reticulaire materialen, die verwant zijn aan metaal-organische en covalent-organische netwerken. De gerichte aanpassing van deze materialen is van cruciaal belang om hun prestaties te optimaliseren voor specifieke toepassingen, zoals gasadsorptie en -opslag in ijsachtige clathraat hydraat structuren.