Sintesi e predizione di nuovi polimeri di coordinazione metallo-organici e delle loro proprietà

I metal-Organic-Frameworks (MOFs) sono un sottoinsieme dei polimeri di coordinazione porosi. I MOF sono dei composti ibridi costituiti da due diverse unità, ligando organico e un centro metallico o un claster inorganico. L'obbiettivo di questa tesi è quello di sintetizzare dei MOF a base di Zirconio con ligandi che sono delle Squaraine al fine di usarli come sensibilizzanti in dye-sensitized solar cells (DSSCs). La squaraina scelta come ligando è il (5-carboxy-2-((Z)-(3-(((Z)-5-carboxy-1,3,3-trimethylindolin-2-bylidene)methyl)-2-hydroxy-4-oxocyclobut-2-en-1-ylidene)methyl)-1,3,3-trimethyl-3H-indol-1-ium) (VG1). La VG1 è anche stata usata per costruire DSSC e si valutano le performance di queste ultime in diverse condizioni. Si testano le performance mediante valutando i tempi di dipping, trattamento con TiCl4 e utilizzo di Chenodeoxycholic Acid (CDCA). Sono state provate sintesi dirette del MOF con la VG1 ma senza riscontrare successo, allora si è deciso di provare a costruire dei MOF con doppio ligando. Sono state fatte delle sintesi usando come leganti secondari Biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid (H2BPDC) Terphenyl-4,4'-dicarboxylic acid (H2TPDC), in entrambi i casi si è ottenuto un solido azzurro delle quali però non si ha conferma sulla cristallinità. Dopo diversi tentativi falliti di sintesi di MOF con la VG1 si è ipotizzato che la causa della mancata cristallinità fosse dovuta alla non linearità fra i due gruppi carbossilici nella molecola. Si decide perciò di provare una sintesi computazionale usando come ligando (4-carboxy-2-((Z)-(3-(((Z)-4-carboxy-1,3,3-trimethylindolin-2-bylidene)methyl)-2-hydroxy-4-oxocyclobut-2-en-1-ylidene)methyl)-1,3,3-trimethyl-3H-indol-1-ium) (VG1L). La sintesi modulare dei MOF rende possibile una predizione di struttura introducendo il concetto di hight throughput computational screening (HTCS) anche nell’ambito dei MOF. Per fare ciò si usa Tobacco che lavora secondo il metodo ‘top-down’. La VG1L e cluster metallici al zirconio sono stati usati per uno screening su tutto l’insieme di topologie presenti in Tobacco. Da questo screening sono venute fuori 221 strutture con diverse topologie e centri mettalici. Di queste strutture è state presa in considerazione una struttura chiamata bcu-VG1L. Questa struttura è stata ottimizzata in geometria usando CRYSTAL con due diversi livelli di calcolo: PBEsol03C ed HFsol3C. Dopo l’ottimizzazione sono state proprietà come il band gap, DOS, struttura a bande e cariche di Hirshfeld-i. La seconda parte della tesi prevede la messa appunto di un modello di ML per la predizione di cariche per strutture di MOF, all’interno di un progetto chiamato Attractor.. E’ stato creto lo script Attractor.py che consente di estrare le informazioni sulla geometria e i descrittori utili per allenare la rete. Sono state testate due diverse librerie, TensorFlow ed XGBoost. Entrambe le reti hanno dato risultati sorprendenti ed è stato deciso di istituire un’interfaccia web che consente di ricavare le cariche atomiche a partire dai file CIF di strutture di MOF.