Date of Award

6-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Chemistry

Department

Chemistry

First Advisor

Ahmed H. Alzamly

Second Advisor

Na'il A.I Ibrahim

Third Advisor

Yaser Elhanafy Afifi

Abstract

Known as rare–earth elements (REE), lanthanides (Ln) found in f–blocks of the periodic table, have gained much interest because of their unique characteristics including magnetism, photoluminescence and catalysis. Having a diverse range of coordination geometries, lanthanides can result in different complexes and materials. Herein, three classes of materials containing selected lanthanides such as lanthanide bismuth mixed metal oxides (Ln–Bi oxides), 1D lanthanide coordination polymers (Ln–CPs) and lanthanide metal–organic frameworks (Ln–MOFs) were investigated. Simple route sol– gel method was used to prepare Ln–Bi oxides while Ln–CPs and MOFs were prepared by solvothermal condition. The materials were characterized using multiple analytical, spectroscopic and computational techniques to study their chemical and physical properties. Based on their band gap values, Ln–Bi oxides and Ln–CPs showed great potentials for photocatalysis in the visible and UV regions respectively. Ln–MOFs in the other hand, exhibited unique photoluminescence properties with efficient quantum yields and long lifetime decays. Density functional theory (DFT) was employed and revealed a new mode of luminescence in these materials which is explored for the first time. The magnetism behaviour of Ln–MOFs and Ln–CPs was also studied by DFT that was found to agree with the experimental outcomes. The results presented here pave the way for distinct construction of materials with lanthanides as an advantage for inspecting more unique properties and applications.

Arabic Abstract


البزموث و اللانثانيدات من أكاسيد الفلزات المختلطة إلى الأطر المعدنية العضوية: التوليف والتوصيف والأداء التحفيزي

اكتسبت معادن اللانثانيدات (Ln) المعروفة أيضا باسم العناصر الأرضية النادرة (REE)، والموجودة في كتل f من الجدول الدوري، اهتمامًا كبيرًا بسبب خصائصها الفريدة بما في ذلك المغناطيسية والتلألؤ الضوئي والتحفيز. بوجود مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية للتنسيق، يمكن أن ينتج عن اللانثانيدات مجمعات ومواد مختلفة. هنا، تم فحص ثلاث فئات من المواد التي تحتوي على اللانثانيدات المختارة مثل أكاسيد المعادن المختلطة لأنثانيد البزموث (أكاسيد Ln-Bi)، وبوليمرات تنسيق اللانثانيد (1D Ln-CPs) والأطر المعدنية العضوية اللانثانيدية (Ln-MOFs). تم استخدام طريقة sol–gel البسيطة لتحضير أكاسيد Ln–Bi بينما تم تحضير Ln–CPs و MOFs بواسطة ظروف المذيب الحرارية. تم توصيف المواد باستخدام تقنيات تحليلية وطيفية وحسابية متعددة لدراسة خواصها الكيميائية والفيزيائية. بناءً على قيم فجوة النطاق، أظهرت أكاسيد Ln–Bi و Ln–CPsإمكانات كبيرة للتحفيز الضوئي في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية على التوالي. من ناحية أخرى، أظهرت Ln–MOFs خصائص تلألؤ ضوئي فريدة مع عوائد كمومية فعالة واضمحلال طويل للتوهج الفلوري. تم استخدام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) والتي كشفت عن نمط جديد من اللمعان في هذه المواد الذي تم استكشافه لأول مرة. تمت دراسة السلوك المغناطيسي لـ Ln–MOFsو Ln–CPs أيضًا بواسطة DFTالتي وُجد أنها تتفق أيضا مع النتائج التجريبية. تمهد النتائج المقدمة هنا الطريق لبناء مواد متميزة باستخدام اللانثانيدات كميزة لفحص المزيد من الخصائص والتطبيقات الفريدة.

Download

Included in

Chemistry Commons

Share

COinS