In this research project, reduction or complete elimination of organic solvents is explored in the synthesis of cyclic imides using a technique that brings reagents into favorable position to react. Cocrystal Controlled Solid-State Synthesis (C3Sy3), takes advantage of supramolecular interactions such as hydrogen bonding and π-π stacking to form a cocrystal which can sequential be heated to complete the condensation reaction and produce a desirable product. Twenty-five successful condensation reactions result in high and clean yield. C3Sy3 of cyclic imides with auxiliary hydrogen bonding moieties like carboxylic acid, carboxylate or pyridyl groups are amenable to form additional solid-state materials. These moieties are useful in forming coordinate covalent bonds with metal cations. Using these C3Sy3 synthesized molecules as ligands, various Metal-Organic Materials (MOMs) are self-assembled. These MOMs offer unique qualities owing to the properties of the cyclic imides. With the addition of accessible carbonyl groups, they may participate as hydrogen bond acceptors or hydrophilic groups. Various degrees of rotation of N-phenyl substituents around the imide plane allow for structural flexibility as a route to supramolecular isomers in MOMs. The ease in imide synthesis may allow the fast scale-up of these ligands for industrial application. Similar ligands are generally synthesized by cross-coupling or substitution reactions that require expensive catalyst and various organic solvents. Metal-organic materials are a class of compounds amenable to crystal engineering owing to the directional coordinate covalent bonds between metal or metal clusters and organic ligands. They are characterized by X-ray diffraction, spectroscopy, volumetric and gravimetric analysis. The C3Sy3 imides were used to construct various MOMs, from discrete nanostructures to extended 3-periodic frameworks that possess viable internal space for applications pertaining to porous materials. Structural characterization by single crystal X-ray diffraction and structure-function relations are addressed. Gas sorption experiments show that many of these materials are structurally robust and retain crystallinity after evacuation. Ion exchange and guest uptake experiments using the synthesized materials demonstrate their potential as agents for sequestration. The bottom-up synthesis of metal-organics materials is leading the field of crystal engineering with built-in properties, showing promise by combining attributes from both inorganic and organic components.

Metal-organic frameworks (MOFs) are crystalline materials with metal ions covalently bonded to organic ligands. The ligands act as spacers often creating a porous structure with very high pore volume and surface area. MOFs are known for their robust structures, high porosity, and different chemical functionalities and are considered for applications in adsorptions, separations, catalysis and gas storage. This work focuses on the synthesis of new MOFs using copper compounds. Different types of carboxylate ligands were used for the synthesis. Two new copper-organic frameworks, [Cu3(pyz)(btc)] (1), and [(Cu3(btc))•xH2O] (2) (btc= benzene-1,3,5-tricarboxylate, pyz= pyrazine) have been synthesized using hydro/solvothermal methods and have been characterized using X-ray diffraction, IR, TGA, fluorescence and CHN analysis.

Distillation and absorption columns offer significant energy demands for future development in the petrochemical and fine chemical industries. Membranes and adsorbents are attractive alternatives to these classical separation units due to lower operating cost and easy device fabrication; however, membranes possess an upper limit in separation performance that results in a trade-off between selectivity (purity) and permeability (productivity) for the target gas product, and adsorbents require the need to be water-resistant to natural gas streams in order to withstand typical gas compositions. Composite membranes, or mixed-matrix membranes, are an appealing alternative to pure polymeric membrane materials by use of a molecular sieve “filler” phase which has higher separation performance than the pure polymer. In this thesis, the structure-property-processing relationships for a new class of molecular sieves known as zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are investigated for their use as the filler phase in composite membranes or as adsorbents. These materials show robust chemical and thermal stability and are a promising class of molecular sieves for acid gas (CO₂/CH₄) separations. The synthesis of mixed-linker ZIFs is first investigated. It is shown that the organic linker composition in these materials is controllable without changing the crystal structure or significantly altering the thermal decomposition properties. There are observable changes in the adsorption properties, determined by nitrogen physisorption, that depend on the overall linker composition. The results suggest the proposed synthesis route facilitates a tunable process to control either the adsorption or diffusion properties depending on the linker composition. The structure-property-processing relationship for a specific ZIF, ZIF-8, is then investigated to determine the proper processing conditions necessary for fabricating defect-free composite membranes. The effect of ultrasonication shows an unexpected coarsening of ZIF-8 nanoparticles that grow with increased sonication time, but the structural integrity is shown to be maintained after sonication by using X-ray diffraction, Pair Distribution Function analysis, and nitrogen physisorption. The permeation properties of composite membranes revealed that intense ultrasonication is necessary to fabricate defect-free membranes for CO₂/CH₄ gas separations. Finally, the separation properties of mixed-linker ZIFs is investigated by using adsorption studies of CO₂ and CH₄ and using composite membranes with differing linker compositions. Adsorption properties of mixed-linker ZIFs reveal that these materials possess tunable surface properties, and a selectivity enhancement of six fold over ZIF-8 is observed with mixed-linker ZIFs without changing the crystal structure. Gas permeation studies of composite membranes reveal that the separation properties of mixed-linker ZIFs are different from their parent frameworks. By proper selection of mixed-linker ZIFs, there is an overall improvement of separation properties in the composite membranes when compared to ZIF-8.

The goal of the work described in this dissertation was to investigate the structure of metal phosphonate frameworks which were composed of conforma-tionally flexible ligands. This goal was achieved through investigating new syn-thetic techniques, systematically changing structural aspects (i.e. chain length), and conducting in situ X-ray diffraction experiments under non-ambient condi-tions. First, the use of ionic liquids in the synthesis of metal phosphonates was in-vestigated. Reaction systems which had previously been studied in purely aqueous synthetic media were reinvestigated with the addition of a hydrophobic ionic liq-uid to the reaction. Second, the structural diversity of zinc alkylbisphosphonates was investigated through systematically varying the chain length and reaction conditions. Last, the structural changes associated with externally applied stimuli (namely temperature and pressure) on conformationally flexible metal phospho-nates were investigated. Elevated temperature was used to investigate the structur-al changes of a 1-D cobalt chain compound through three stages of dehydration and also applied pressures of up to 10 GPa were used to probe the structural resili-ence of two zinc alkylbisphosphonate materials under. The iminobis(methylphosphonic acid) type ligands are a good example of a small, simple, conformationally flexible ligand. There are three distinct different structural types, utilizing this ligand with cobalt metal, described in the literature, all of which contain bound or solvated water molecules. The addition of a hydrophobic ionic liquid to an aqueous synthesis medium resulted in new anhydrous compounds with unique structural features. Systematic investigations of zinc alkylbisphosphonate materials, construct-ed with three to six carbon linker ligands, resulted in four new families of com-pounds. Each of these families has unique structural features which may prove in-teresting in future applications developments. Importantly, it is shown that wheth-er the chain length is odd or even plays a role in structural type although it is not necessarily a requirement for a given structural type; furthermore, chain length itself is not strictly determinative of structural type. Dehydration in a cobalt phosphonate was followed via in situ single crystal X-ray diffraction. The compound goes through a two-stage dehydration mecha-nism in which the compound changes from a 1-D chain to a 2-D sheet. This pro-cess is reversible and shows unique switchable magnetic properties. The high pressure studies of an alkyl chain built zinc metal phosphonate showed that the chains provide a spring-like cushion to stabilize the compression of the system allowing for large distortions in the metal coordination environment, without destruction of the material. This intriguing observation raises questions as to whether or not these types of materials may play a role as a new class of piezo-functional solid-state materials.

In the current context of rapidly depleting petroleum resources and growing environmental concerns, it is important to develop materials to harvest and store energy from renewable and sustainable sources. Hydrogen has the potential to be an alternative energy source, since it has higher energy content than petroleum. However, since hydrogen has very low volumetric energy density, hence it is important to design nano porous materials which can efficiently store large volumes of hydrogen gas by adsorption. In this regard carbon nanotube and Metal Organic Framework (MOFs) based materials are worth studying. Ionic liquids (IL) are potential electrolytes that can improve energy storage capacity and safety in Li ion batteries. Therefore it is important to understand IL's thermodynamic and transport properties, especially when it is in contact with electrode surface and mixed with Li salt, as happens in the battery application. This dissertation presents computation and simulation based studies on: 1. Hydrogen storage in carbon nanotube scaffold. 2. Mechanical property and stability of various nanoporous Metal Organic Frameworks. 3. Thermodynamic and transport properties of [BMIM][BF4] ionic liquid in bulk, in Li Salt mixture, on graphite surface and under nanoconfinement. In the first study, we report the effects of carbon nanotube diameter, tube chirality, tube spacer distance, tube functionalization and presence of Li on hydrogen sorption capacity and thermodynamics at different temperature and pressure. In the second one, we observe high pressure induced structural transformation of 6 isoreticular MOFs: IRMOF-1. IRMOF-3, IRMOF-6, IRMOF-8, IRMOF-10 and IRMOF-14, explore the deformation mechanism and effect of Hydrogen inside crystal lattice. In the third study, we observe the equilibrium thermodynamic and transport properties of [BMIM][BF4] ionic liquid. The temperature dependence of ion diffusion, conductivity, dielectric constant, dipole relaxation time and viscosity have been observed and found similar behavior to those of supercooled liquid. The ion diffusion on graphite surfaces and under nanoconfinement was found to be higher compared to those in bulk.

Metal organic frameworks (MOFs) and metal oxide-MOF composites were investigated for adsorption and oxidation of carbon monoxide. Metal oxides were successfully included in MOFs via both impregnation and encapsulation. UiO-66, a zirconium-based MOF, was impregnated with magnesium or cobalt oxide. Cobalt oxide in UiO-66 increases the room temperature CO capacity and shows increased adsorption at 65°C due to strong cobalt-CO interactions. Titania and magnetic nanoparticles were encapsulated in HKUST-1, a copper-based MOF. Including titania in HKUST-1 lowers the CO oxidation onset temperature by over 100°C compared with HKUST-1, and the composite reaches complete conversion by 250°C. HKUST-1 with magnetic nanoparticles shows enhanced structural stability and increased room temperature adsorption of CO and hexane. MOF-74, an isostructural family with coordinatively unsaturated metal centers of cobalt, magnesium, nickel, or zinc, was investigated for the metal center’s impact on stability and adsorption. Pre-treatment conditions to optimize accessibility were found that maximize solvent removal while retaining structural integrity. The impact of air exposure on equilibrium CO capacity was investigated, and these predictions were compared to dynamic conditions, separating CO from nitrogen or air at room temperature. The cobalt analog loses only 25% of its CO capacity with air exposure, retaining higher capacity than the other analogs under ideal conditions. Unlike cobalt, the magnesium analog does not follow the predicted trends with air exposure, having higher dynamic capacities with pre-exposed samples. Under all dynamic conditions, the nickel analog oxidized a portion of the carbon monoxide feed.

This thesis presents the development of III-nitride materials for deep-ultraviolet (DUV) light emitting devices. The goal of this research is to develop a DUV laser diode (LD) operating at room temperature. Epitaxial structures for these devices are grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) and several material analysis techniques were employed to characterize these structures such as atomic force microscopy, electroluminescence, Hall-effect measurement, photoluminescence, secondary ion mass spectrometry, transmission electron microscopy, transmission line measurement, and X-ray diffraction. Each of these will be discussed in detail. The active regions of III-nitride based UV emitters are composed of AlxGa1-xN alloys, the bandgap of which can be tuned from 3.4 eV to 6.2 eV, which allows us to attain the desired wavelength in the DUV by engineering the molar fraction of aluminum and gallium. In order to emit photons in the DUV wavelength range (> 4.1 eV), high aluminum molar fraction AlxGa1-xN alloys are required. Since aluminum has very low ad-atom mobility on the growth surface, a very low group V to group III precursor ratio (known as V/III ratio), high growth temperature, and low growth pressure is required to form a smooth surface and subsequently abrupt heterointerfaces. The first part of this work focuses on developing high-quality multi-quantum well structures using high aluminum molar fraction ([Al] > 60%) AlxGa1-xN alloys. Optically pumped DUV lasers were demonstrated with threshold power density as low as 250 kW/cm² for the emission wavelength as short as 248.3 nm. Transverse electric (TE) -like emission dominates when the lasers were operating above threshold power density, which suggests the diode design requires the active region to be fully strained to promote better confinement of the optical mode in transverse direction. The second phase of this project is to achieve an electrically driven injection diode laser. Owing to their large bandgap, low intrinsic carrier concentration, and relatively high dopant activation energy, the nature of these high aluminum molar fraction materials are highly insulating; therefore, efficiently transport carriers into active region is one of the main challenges. Highly conducting p-type material is especially difficult to achieve because the activation energy for magnesium, a typical dopant, is relatively large and some of the acceptors are compensated by the hydrogen during the growth. Furthermore, due to the lack of a large work function material to form a p-type ohmic contact, the p-contact layer design is limited to low aluminum molar fraction material or gallium nitride. Besides the fabrication challenges, these low aluminum molar fraction materials are not transparent to the laser wavelength causing relatively high internal loss (αi). In this work, an inverse tapered p-waveguide design is employed to transport holes to active region efficiently while the graded-index separate-confinement heterostructure (GRINSCH) is employed for the active region design. Together, a multi-quantum well (MQW) ultraviolet emitter was demonstrated.

Zielstellung der durchgeführten Arbeiten war die Entwicklung neuer hochporöser metall-organischer Gerüststrukturen (engl.: metal-organic frameworks, MOFs) durch die Verwendung aufgeweiteter Linkermoleküle. Hierfür wurden verschiedene Synthesestrategien verfolgt. Zum einen wurde die Ausbildung von Layer-Pillar-Strukturen auf der Basis von Anthracen-Linkern genutzt, um poröse und sehr stabile metall-organische Gerüstverbindungen darzustellen. Außerdem wurden aufgeweitete trigonale Linkermoleküle bzw. eine Kombination von bi- und tridentaten Liganden verwendet, um hochporöse Koordinationspolymere zu synthetisieren. Zudem wurde die Synthese chiraler poröser Koordinationspolymere durch die Nutzung des modifizierten TADDOL-Katalysators als chirale organische Komponente verfolgt, um somit einen heterogenen Katalysator für die enantioselektive Katalyse zu gewinnen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten die verschiedenen Synthesestrategien erfolgreich angewendet werden. Durch die Umsetzung des bidentaten Linkers 4,4´-Anthracen-9,10-diyldibenzoesäure und dem Säulenliganden 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (Dabco) mit verschiedenen Metallsalzen konnte eine neue Reihe isotyper, poröser Layer-Pillar-Verbindungen (DUT-30, DUT = Dresden University of Technology) mit einer sehr guten Stabilität gegenüber Luft und Feuchtigkeit dargestellt werden. Die Strukturen zeigen eine äußerst hohe Flexibilität, sodass sieben verschiedene Phasen der Verbindungen gefunden werden konnten. Dadurch sind diese Materialien prädestiniert zur Entfernung von Schadstoffen, wie z.B. organischen Lösungsmitteldämpfen, aus der Luft. Auch die Verwendung von trigonalen Linkern kann zur Synthese hochporöse Koordinationspolymere genutzt werden. Dies wurde anhand des Linkers 1,3,5-Tri-(4´-carboxy(1,1´-biphenyl)-4-yl)benzen erprobt. Die Umsetzung des Linkers mit Zinknitrat bzw. Cobaltnitrat führte zu den hexagonalen Schichtstrukturen DUT-40 und DUT-44. DUT-43 besteht ebenfalls aus einer derartigen hexagonalen Schichtstruktur, wobei hier jedoch die Verwendung von 4,4´-Biphenyldicarbonsäure als Co-Linker eine teilweise Verknüpfung der Schichten ermöglicht. Außerdem konnte durch die Umsetzung des tridentaten Linkers mit Kupfernitrat die Struktur von DUT-54 gebildet werden. In dieser liegen eindimensionale Stränge vor, wobei es zu einer gegenseitigen Durchdringung kommt und damit eine dreidimensionale Kanalstruktur entsteht. Eine weitere Synthesestrategie zur Erzeugung hochporöser Materialien nutzt die Verwendung von Co-Linkern für die Erzeugung der Koordinationspolymere. Hier war in der Vergangenheit vor allem die Kombination von bi- und tridentaten Linkern erfolgreich. Nutzt man als bidentaten Vertreter 9,10-Anthracendicarbonsäure, so eignet sich 4,4´,4´´-Benzen-1,3,5-triyltribenzoesäure als tridentater Co-Linker. Die solvothermale Umsetzung der beiden Linker in verschiedenen Lösungsmittelgemischen führte zu zwei neuen porösen Kooordinationspolymeren, welche beide Linkerarten enthalten. Um jedoch gezielt ein hochporöses und stabiles Material erzeugen zu können wurde eine Struktur simuliert, welche isoretikulär zu der bekannten Struktur DUT-6 ist, welche ebenfalls nach dem Prinzip der Kombination von bi- und tridentaten Liganden dargestellt wurde. Die zu erzeugende Struktur beruht auf dem tridentaten Linker 1,3,5-Tri-(4´-carboxy-(1,1´-biphenyl)-4-yl)-benzen und dem bidentaten Linker 1,4-Bi-p-carboxyphenylbuta-1,3-dien, welcher exakt die richtige Länge aufweist, um in diese Struktur eingebaut zu werden. Die Umsetzung von basischem Zinkacetat mit einem Gemisch der beiden Linker führte zu der zuvor simulierten Struktur. Für diese Verbindung, DUT-60, konnte eine spezifische Oberfläche von 6500 m2g-1 und ein Porenvolumen von 3.5 cm3g-1 berechnet werden, welche zu den höchsten jemals für poröse Koordinationspolymere ermittelten Werte gezählt werden können. Ein weiterer Bereich der vorliegenden Arbeit galt der Entwicklung eines neuen chiralen und porösen Koordinationspolymers, welches in der heterogenen enantioselektiven Katalyse eingesetzt werden kann. Dafür wurde der aus der homogenen Katalyse bekannte TADDOL-Linker modifiziert. Durch die solvothermale Umsetzung dieses Linkers mit Zinknitrat konnte die Verbindung DUT-39 erhalten werden. Diese zeigt hervorragende Werte bezüglich ihres Adsorptionsverhaltens für verschiedene Gase und zählt somit zu den chiralen, metall-organischen Gerüstverbindungen mit den höchsten Porositäten. Außerdem zeigt die Verbindung eine hohe thermische Stabilität sowie eine gute Stabilität gegenüber Luftfeuchte, was sie zu einem attraktiven Kandidaten für die heterogene enantioselektive Katalyse macht.

Metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: Metal-organic Framework, MOFs) haben sich in den letzten Jahren neben Zeolithen, Aktivkohlen und anderen als eine weitere Klasse poröser Materialien etabliert. Die Möglichkeit des individuellen Designs von Eigenschaften wie Porengröße und -geometrie, innerer Oberfläche und Porenvolumen, der Hydrophilie und Funktionalität machen diese Materialklasse zum Gegenstand der Forschung in den vielfältigsten Gebieten. Darüber hinaus besitzen sie unter porösen Materialien exklusiv die Eigenschaft der definierten strukturellen Flexibilität, welche in Kombination mit bereits genannten Eigenschaften eine weitere Vielzahl an neuen möglichen Anwendungen erahnen lässt. Die Faszination dieser strukturellen Flexibilität von MOFs sowie die Möglichkeit der Kontrolle dieser Eigenschaft sollten im Fokus der Betrachtung stehen. Zur Integration von Flexibilität in dreidimensionale Netzwerke wurde als Strategie der Einsatz von semi-flexiblen Linkermolekülen gewählt. Eine potentielle Molekülklasse für diese Art der Untersuchung stellen Triarylaminverbindungen dar, da sie trotz ihrer durchgängigen sp2-Hybridisierung über ein gewisses Maß an konformeller Flexibilität verfügen. So wurde über einen präparativ sehr guten Zugang der tetrafunktionelle H4benztb-Linker (Abbildung 1a) generiert. Durch die Kombination dieser Tetracarbonsäure mit Metall-Clustern unterschiedlicher Konnektivität resultierten acht strukturell unterschiedliche MOFs, wodurch an diesen Verbindungen Aussagen über Struktur-Eigenschafts-Beziehungen getroffen werden können. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die kostengünstige Darstellung komplexer nicht-kommerzieller Liganden und daraus resultierende hochporöse MOFs sowie Untersuchungen zu deren Stabilität und Speicherkapazität für verschiedene Gase im Hochdruckbereich. Durch die Reaktion des H4benztb-Liganden mit Zinknitrat unter variierenden Synthesebedingungen konnten drei Netzwerke unterschiedlich hoher Konnektivität erhalten werden. DUT 10(Zn) (Zn2(benztb)2(H2O)2), basierend auf dem vierfach verknüpfenden dimeren Schaufelrad-Konnektor, zeigt mit einem (4,4)-Netzwerk dabei den geringsten Verzweigungsgrad. Daraus resultierend zeigt dieses Material eine sehr große strukturelle Flexibilität beim Entfernen des in den Poren vorliegenden Lösungsmittels sowie bei der Adsorption von CO2 bei -78°C bis 1 bar. Wird die Netzwerkkonnektivität durch den Einsatz eines sechsfach verknüpfenden [Zn4O]6+-Clusters erhöht, so zeigt das resultierende (4,6)-Netzwerk von DUT-13 (Zn4O(benztb)3/2) eine größere strukturelle Stabilität beim Entfernen des Lösunsgmittels sowie bei der Adsorption von Gastmolekülen im überkritischen Zustand. Für gasförmige Adsorptive zeigt das Netzwerk bei der Adsorption ein hochgradig flexibles Verhalten. Im Fall von N2 konnte über in situ-PXRD-Physisorptionsmessungen eine bislang noch nie beobachtete kristallin-amorph-kristallin-amorph-Transformation während eines Physisorptionszyklus beobachtet werden, was zeigt, dass DUT-13 über ein sog. Formgedächtnis verfügt und nach einer Amorphisierung erneut in seine ursprüngliche kristalline Form zurückkehrt. Neben der Erhöhung der Netzwerkkonnektivität wurde auch der Einfluss der partiellen Substitution des semi-flexiblen H4benztb gegen rigide Linker auf die Netzwerkflexibilität untersucht. Durch die Copolymerisationsstrategie des H4benztb mit der starren 1,3,5-Benzentribenzoesäure (H3btb) konnte DUT 25 (Zn4O(btb)2/3(benztb)) erhalten werden. Aufgrund der geringen Erhöhung der Rigidität der Verbindung zeigt dieses (3,4,6)-Netzwerk keinerlei strukturelle Flexibilität während der Aktivierung, der Adsorption von verschiedenen Gasen sowie von Gastmolekülen aus der Flüssigphase. Man erhält ein starres Material mit einer spezifischen inneren Oberfläche (SSA) von 4670 m2g-1 und einem totalen Porenvolumen (VP) von 2.22 cm3g-1. Aufbauend auf den positiven Ergebnissen der Copolymerisationsstrategie von DUT-25, wurde versucht, diese auf weitere kostengünstige Linkersysteme zur Synthese hochporöser MOF-Verbindungen auszuweiten. Durch eine effiziente und günstige Synthese einer Tricarbonsäure auf Amidbasis, 4,4´,4´´-[1,3,5-Benzentriyltris(carbonylimino)]trisbenzoesäure (H3btctb), und deren Kombination mit der linearen 4,4´-Biphenyldicarbonsäure (H2bpdc) und Zinknitrat wurde ein neues mesoporöses Koordinationspolymer DUT-32 (Zn4O(btctb)4/3(bpdc)) mit hierarchischem Porensystem erhalten. Dieses System konnte nur unter Zuhilfenahme von überkritischem CO2 in einen porösen lösungsmittelfreien Zustand überführt werden. Hierbei konnten die gravierenden Einflüsse verschiedener Parameter während der Trocknung (Lösungsmittel, Verweilzeit) auf die porösen Eigenschaften des resultierenden Materials aufgezeigt werden. Der Austausch des Reaktionslösungsmittels gegen Ethanolabs. und anschließende überkritische Trocknung führte zu einem amorphen porösen Material mit einem Typ-IV-N2-Isothermenverlauf und einer daraus berechneten spezifischen Oberfläche von 840 m2g-1, einem Mikroporen- sowie einem totalen Porenvolumen von 0.36 bzw. 2.91 cm3g-1. Erfolgt die Trocknung aus einem Lösungsmittel mit möglichst geringen Wechselwirkungen mit dem Netzwerk (Aceton, Amylacetat), so zeigt das resultierende kristalline Material nach einer CO2-Austauschzeit von drei Tagen gänzlich andere texturelle Eigenschaften mit einem Typ-I-N2-Isothermenverlauf, einer spezifischen Oberfläche von 5080 m2g-1 sowie einem totalen Porenvolumen von 2.27 cm3g-1. Wird diese Verweil- und damit die Austauschzeit im flüssigen CO2 weiter auf sieben Tage erhöht, steigt auch die Qualität/Porosität des Materials und man erhält eine Verbindung mit der bislang höchsten beschriebenen spezifischen Oberfläche (SSA = 7192 m2g-1), extrem hohem spezifischen Porenvolumen (VP = 3.16 cm3g-1) und hervorragenden Eigenschaften für die Gasspeicherung.

In the first section, the electrical conductivity of rhodium phenylene-diisocyanide polymer is reported to be 3.4E-11 S/cm. However, the conductivity also exhibits an inverse exponential decay in air with t = 8 days. This change is attributed to the oxidation of the isocyanide functional group to an isocyanate, leading to degradation in the long-range metal-metal bonding, the dominant conductivity mechanism. Using a more stable carboxylate ligand, the Cu terephthalate (TPA) system is studied and compared against the Mg, Co, Ni, and Zn terephthalates. A synthesis in N,N-dimethylformamide (DMF) is developed and large quantities of the Cu(TPA)DMF can be synthesized in air. The crystal structure of the Cu(TPA) DMF is shown to be in the C2/m spacegroup. Upon desolvation, the Cu(TPA) is shown to have a large surface area of 625 m2/g. The magnetic susceptibility of the Cu(TPA) indicates anti-ferromagnetic coupling between adjacent Cu centers in the same dimer. The thermal stability of the Zn, Ni, Co, and Mg terephthalates is shown to increase with decreasing symmetric carboxylate stretch in the IR. The magnetic susceptibilities of the Co and Ni terephthalates have paramagnetic behavior, with a Weiss temperature of T = -12.9 K and T = 8.8 for Co(TPA) DMF and Ni(TPA)DMF respectively. A heterometallic Zn-Cu terephthalate is synthesized with Cu concentrations ranging from 0 to 100%. Upon the addition of Cu, Zn-rich frameworks increase in surface area, change in thermal stability, and increase their solvent retention from 16% to 25%. Zn is shown to couple with Cu in the same dimer at a high rate, changing the behavior of the dimer from anti-ferromagnetic to paramagnetic. The Weiss temperature suggests weak ferromagnetic interaction.