Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc 1D của vật liệu khung hữu cơ kim loại đồng (HKUST-1)

Bài viết Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc 1D của vật liệu khung hữu cơ kim loại đồng (HKUST-1) trình bày phương pháp đơn giản tạo ra cấu trúc 1D kích thước tế vi có mặt cắt đa cạnh. Phương pháp này đã khắc phục được nhược điểm của các phương pháp chế tạo trước đó và có thể áp dụng cho vật liệu hữu cơ thay vì dùng kim loại và oxit của chúng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự hình thành cấu trúc 1D của vật liệu khung hữu cơ kim loại đồng (HKUST-1) Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC 1D CỦA VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ KIM LOẠI ĐỒNG (HKUST-1) Ngô Văn Trúc Trường Đại học Thủy lợi, email: ngotruc@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Trong bài báo này tác giả đã trình bày phương pháp đơn giản tạo ra cấu trúc 1D Vật liệu cấu trúc một chiều (1-D) đang thu kích thước tế vi có mặt cắt đa cạnh. Phương hút rất nhiều sự quan tâm do những tính chất pháp này đã khắc phục được nhược điểm của ưu việt của chúng như tỷ lệ diện tích bề các phương pháp chế tạo trước đó và có thể mặt/thể tích lớn, phương pháp chế tạo đa áp dụng cho vật liệu hữu cơ thay vì dùng kim dạng, ứng dụng trong các thiết bị điện tử, loại và oxit của chúng. Cấu trúc 1D của cảm biến. Những phương pháp chế tạo các HKUST-1 có tính ổn định nhiệt khá tốt, độ vật liệu 1D có thể kể đến gồm ngưng tụ hơi đồng đều cao và được đo đạc bằng phương vật lý (PVD), ngưng hơi hóa học (CVD), hay pháp nhiễu xạ tia-X (XRD) và hiển vi điện tử phương pháp phún xạ (sputtering). Mặc dù quét (SEM). đều có những ưu điểm tốt là tạo nên cấu trúc vật liệu đồng nhất cao, ít khuyết tật, và có thể 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU thực hiện trên nhiều nhóm vật liệu, chủ yếu là vật liệu kim loại dễ bay hơi nhưng những + Chuẩn bị vật liệu nguồn. phương pháp này cũng đòi hỏi thiết bị đắt + Chuẩn bị HKUST-1: Muối Cu(NO3)2 tiền, tính đồng bộ thiết bị cao, điều kiện thí (1.75 gam) và axit 1,3,5-benzenetricarboxylic nghiệm khắt khe, việc thu sản phẩn khá phức (0,84 gam) và cồn (ethanol) được hỗn hợp tạp gồm nhiều bước. trong một lọ thủy tinh đáy tròn 100 ml. Hỗn Vật liệu khung hữu cơ kim loại (gọi tắt là hợp sau đó được đun nóng và khuấy đều MOF) đang nổi lên là một nhóm vật liệu tiềm khoảng 24 giờ. Dung dịch tạo thành sau đó năng do chúng có khung khá ổn định trong được làm nguội tới nhiệt độ thường và không không khí, độ rỗng cao, diện tích bề mặt lớn, khuấy. Cuối cùng kết tủa tạo thành được lọc độ tinh thể cao, và do đó chúng rất tiềm năng và rửa sạch bằng nước hai lần (2x20ml) và ứng dụng trong hấp thụ khí, cảm biến hóa học bằng cồn 2 lần (2x20ml). [1-2]. Trong số các vật liệu MOFs này, vật + Chuẩn bị HKUST-1 dạng cấu trúc 1D tế liệu cấu tạo từ benzen-1-3-5-tricarboxylate và vi trong nước MiliQ. HKUST-1 dạng kim ion đồng (HKUST-1) [3] thu hút rất nhiều cương (10 gam) được cho vào một cối xoay quan tâm do diện tích bề mặt cao (1700m2/g), sạch làm bằng vật liệu gốm và sau đó 2,0 ml chế tạo đơn giản. HKUST-1 có hình dạng nước được thêm vào cối và bắt đầu nghiền cơ giống như kim cương với cấu trúc 8 mặt tam học bằng tay. Cứ sau một khoảng thời gian giác bao quanh, khép kín nhưng chúng thiếu mẫu lại được lấy ra khoảng 1 giọt và làm khô ổn định hóa học và nhiệt, dẫn tới dễ bị ăn trên đế băng dẫn điện cácbon để chuẩn bị mòn hoặc phá hủy một phần cấu trúc trong mẫu chụp SEM. Mẫu HKUST-1 còn lại được các môi trường axit mạnh như H2SO4 hoặc ngâm trong nước MiliQ và không nghiền, dưới tác dụng của nhiệt, dẫn tới phá hủy hoàn mẫu được lấy ra ở những thời điểm khác toàn cấu trúc. nhau cho tới thời điểm cuối là 24 giờ. 36 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 + Các phương pháp đo đạc đặc trưng của trong cấu trúc của khung hữu cơ và phân tách vật liệu (XRD, SEM). các hạt cỡ micrômét đã tạo thành (giống như các mầm) tiếp tục kết hợp với nước và phát 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN triển nhanh hơn. Có thể nhận thấy rằng, quá Hình 1 cho thấy dung môi có ảnh hưởng trình chuyển biến hoàn toàn từ dạng kim lớn tới độ ổn định cấu trúc của khung hữu cơ cương của HKUST-1 thành các thanh tế vi cỡ và hướng phát triển tinh thể của HKUST-1. micromet xảy ra trong một thời gian ngắn từ Cụ thể, ảnh hưởng của dung môi (nước, cồn, 20 giây, 60 giây tới 20 phút. Ảnh hiển vi điện axêtôn, DMF) và thời gian nghiền đã được tử quét (SEM) của các thanh HKUST-1 tế vi khảo sát để hiểu được sự chuyển biến cấu thu được trong những khoảng thời gian khác trúc của HKUST-1 từ dạng kim cương thành nhau được trình bày trong Hình 2 a-c. Độ dài dạng thanh tế vi. của các thanh này nằm trong khoảng từ 10 tới Khi được ngâm trong nước (không 20 micromet, trong khi đường đường kính nghiền), HKUST-1 dạng kim cương (ảnh nhỏ của đa số các thanh nằm trong khoảng từ 50 - trong Hình 2a) chuyển thành cấu trúc tinh thể 100 nanomet tới một micromet (số ít) chỉ ra dạng một chiều sau những khoảng thời gian ảnh hưởng của thời gian nghiền tới kích ngâm khác nhau như trong Hình 1. Điều này thước của thanh HKUST-1. có thể là do các phân tử nước đã xâm nhập và xen giữa các nhóm nguyên tử HKUST-1 và phản ứng với các ion đồng để tạo thành HKUST-1, sau đó chúng lớn lên thành các thanh riêng rẽ. Tuy nhiên, sự chuyển biến hoàn toàn của HKUST-1 dạng ...