Synthesis and Characterization of Four Novel RE-MOFs based on the Tetrakis(4-carboxyphenyl) Methane Linker. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Alaa MS Thesis Final Draft.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 6 January 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

الأُطُر العضوية الفلزية الأرضية، أو أفعى، هي مواد مكونة من وصلات هيدروكربونية (الجزء العضوي) تربط رؤوس لاعضوية (الجزء الفلزي أو المعدني). هذه الأطروحة تهدف إلى استحداث مجموعة جديدة من الأفعى مكونة من ميثان رباعي البنزويك (الجزء العضوي) وعناصر التراب النادرة (الجزء اللاعضوي) وهي الإيتريوم، الساماريوم، الغادولينيوم، والتربيوم. انتهجت هذه الدراسة على مسح دقيق وشامل لظروف التفاعل لتكوين بلورات صالحة للاستقراء بتقنية الحياد السيني للبلورات؛ ولكن التفاعلات حابت تكوين مساحيق دقيقة التبلور يصعب توصيفها بالتقنية الآنف ذكرها. عوضًا عن ذلك، استندت الدراسة على التوصيف بالحياد السيني للمساحيق ومطيافية الأشعة تحت الحمراء وأثبتت النتائج تشييد أفعى مستحدثة. تطبيقيًا، التحسيس الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية أجَلَّ على تباين واضح في سلوكيات الوميض: إذ أظهر عنصر التربيوم وميضًا أخضر لامع متوهج، يُعزى لتناسب طاقة التيربيوم وميثان رباعي البنزويك؛ فيما عانى السماريوم من خمود شبه تام لوميضه البرتقالي نظرا لضعف توافقه مع وصلة ميثان رباعي البنزويك. أخيرّا، عنصر الايتيريوم الخفيف أنتج وميضا أزرق ناجم عن التلألؤ الفلوري سريع الاضمحلال، بينما عنصر الغادولينيوم الثقيل أنتج وميضا أزرق يُرد إلى التلألؤ الفسفوري بطيء الاضمحلال. انتهت الأطروحة على لزوم تحسين ظروف التفاعل لخلق بلورات صالحة للدراسة بالحيود السيني.

English Abstract

The rational design of luminescent Metal-Organic Frameworks (MOFs) for solid-state lighting applications is often hindered by the synthetic challenge of crystallizing high-connectivity organic linkers with RE ions. This thesis investigates the synthesis, microstructural characterization, and photophysical dynamics of a novel series of RE-based coordination polymers constructed from the semi-rigid, tetratopic linker tetrakis(4-carboxyphenyl) methane (H4TCPM) and trivalent RE ions (Y, Sm, Gd, Tb). A systematic solvothermal screening campaign was conducted to map the crystallization phase space, optimizing key parameters such as metal-to-ligand stoichiometry, temperature, and modulator concentration to suppress rapid nucleation. Although the high symmetry of the ligand favored the formation of kinetically trapped microcrystalline powders over diffraction-quality single crystals, phase purity and isostructurality across the series were established via Powder X-ray Diffraction (PXRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). To evaluate the potential of the H4TCPM scaffold as a sensitizing antenna, a comprehensive photophysical investigation was employed using the optically silent Yttrium analogue (Y-MOF) as a structural reference. Solid-state photoluminescence spectroscopy determined the ligand singlet excited state energy (S1) to be 30,580 cm⁻¹, enabling a quantitative thermodynamic modeling of the energy transfer efficiency. The results elucidate the divergent emission behaviors observed: efficient green luminescence for the Terbium analogue due to favorable resonance, and complete quenching in the Samarium analogue caused by an excessive energy mismatch. These findings demonstrate that rigorous spectroscopic and powder diffraction analyses can effectively characterize complex MOF systems even when single-crystal growth remains a synthetic bottleneck, providing a predictive model for the design of future white light-emitting materials.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Al-Harbi, Ahmed
Committee Members:	Peedikakkal, Abdul Malik P. and Saleh, Tawfik A.
Depositing User:	ALAA ALMUTAIRI (g202009160)
Date Deposited:	06 Jan 2026 11:23
Last Modified:	06 Jan 2026 11:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143987