Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ni-ZIF-8

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về biến tính ZIF-8 bằng Ni2+theo các tỉ lệ mol Ni2+/Zn2+ lần lượt là 2/8; 4/6; 6/4; 8/2 và 9/1. Vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp XRD, BET, TEM, TG-DTA, DR-UV-Vis.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Ni-ZIF-8 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU Ni-ZIF-8 Mai Thị Thanh1 Đinh Quang Khiếu2 Nguyễn Trần Phi Phong3 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về biến tính ZIF-8 bằng Ni2+theocác tỉ lệ mol Ni2+/Zn2+ lần lượt là 2/8; 4/6; 6/4; 8/2 và 9/1. Vật liệu được đặc trưngbằng các phương pháp XRD, BET, TEM, TG-DTA, DR-UV-Vis. Kết quả cho thấy , mộtphần Ni2+đã thay thế đồng hình với Zn2+trong mạng ZIF-8. Ở tỉ lệ Ni2+/Zn2+ ≤ 8/2 vẫncòn cấu trúc zeolit nhưng khi tỉ lệ Ni2+/Zn2+ > 8/2 thì cấu trúc zeolit bị phá vỡ. Ở tỉ lệNi2+/Zn2+ = 8/2, Vật liệu Ni-ZIF-8 có diện tích bề mặt 1469 m2.g-1 và 4 vùng năng lượngbị kích thích: 4,04 eV; 3,92 eV; 2,98 eV và 1,68 eV. Từ khóa: ZIF-8, Ni-ZIF-8, DR-UV-Vis. 1. Mở đầu Trong những năm gần đây, nhóm vật liệu khung zeolit imidazolat kim loại (ZIFs,zeolite imidazolate frameworks) thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học do sự đadạng về bộ khung, sự uyển chuyển trong việc biến tính [1-4].Trong họ ZIFs, vật liệuZIF-8 được nghiên cứu rộng rãi nhất, do có ưu điểm nổ bật về độ ổn định nhiệt và hoáhọc [1-3]. ZIF-8 được tạo thành từ ion Zn2+ liên kết với 2-methylimidazol (MeIM),theo công thức Zn(MeIM)2. Các hướng nghiên cứu về vật liệu ZIFs tập trung ở các vấnđề tổng hợp, biến tính, tìm kiếm ứng dụng mới của chúng, trong đó hướng sử dụngZIFs làm chất mang gắn các tâm xúc tác là các tiểu phân kim loại, oxit kim loại, hợpchất hữu cơ,... đang được quan tâm nhiều [5]. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứuvề tổng hợp ZIF-8 từ Zn2+ và 2-methylimidazol và biến tính vật liệu ZIF-8 bằng Ni2+. 2. Nội dung 2.1. Thực nghiệm Kẽm nitrat hexahydrat (Zn(NO3).6H2O, Korea) và niken nitrat hexahydrat(Zn(NO3).6H2O, Merck) được sử dụng làm nguồn kim loạị, 2-methylimidazol (C4H6N2,Sigma-Aldrich) dùng làm chất phối trí hữu cơ. Tổng hợp ZIF-8 theo các tài liệu [1, 4, 6, 7]: Cho dung dịch gồm 2,8 mmolkẽm nitrat hexahydrat hòa trong 1,4 mol metanol vào dung dịch gồm 64,4 mmol2-methylimidazol hòa tan trong 1,4 mol metanol, khuấy mạnh hỗn hợp trong 24 giờ,sau đó li tâm trên máy Hettich EBA 8S với tốc độ 3000 rpm trong 10 phút, thu phầnrắn rửa 3 lần với metanol. Sản phẩm thu được sấy qua đêm ở nhiệt độ 120 oC.1. TS., Khoa Lý Hóa Sinh, Trường Đại học Quảng Nam2. Trường Đại học Khoa học -Đại học Huế3. Trường THPT Trần Phú , ChưPrông, Gia Lai 97NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU Ni-ZIF-8... Quy trình tổng hợp vật liệu Ni-ZIF-8 cũng được tiến hành tương tự như tổnghợp ZIF-8 nhưng lần lượt thay thế một phần kẽm nitrat hexahidrat bằng niken nitrathexahydrat với các tỉ lệ mol Zn(NO3)2.6H2O: Ni(NO3)2.6H2O (hoặc Zn2+: Ni2+) là 8:2;6:4; 4:6; 2:8 và 1:9, kí hiệu mẫu tương ứng là Ni-ZIF-8(20%), Ni-ZIF-8(40%), Ni-ZIF-8(60%), Ni-ZIF-8(80%) và Ni-ZIF-8(90%). Cấu trúc tinh thể của vật liệu tổng hợp được nhận dạng bằng phương pháp giảnđồ XRD trên máy D8-Avance-Bruker với tia phát xạ CuK α công suất 40 kV, góc quéttừ 1o đến 30 o. Diện tích bề mặt được đo bằng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và khửhấp phụ N2 (BET) trên máy Micromeritics ASAP 2020, các mẫu hoạt hóa ở 150 oCtrong 4 giờ dưới áp suất chân không trước khi đo. Năng lượng vùng cấm được xác địnhbằng phổ khả kiến, tử ngoại trên máy quang phổ DR-UV-vis quét từ 200 nm ÷ 800 nm. 2.2. Kết quả và thảo luận Sản phẩm sấy qua đêm ở nhiệt độ 120 oC thu được các vật liệu có màu sắc khácnhau. Khác với màu trắng của ZIF-8, các mẫu Ni-ZIF-8 có màu tím và màu tím đậmdần khi tỉ lệ Ni2+/(Zn2+ + Ni2+ ) trong hỗn hợp ban đầu tăng. Các đặc trưng của vật liệuđược xác định bằng các phương pháp hóa lý. Hình 1. Giản đồ XRD của mẫu ZIF-8 biến tính với các tỉ lệ Ni2+/ (Zn2++Ni2+) khác nhau Hình 1 trình bày kết quả XRD của các mẫu ZIF-8 và Ni-ZIF-8 tổng hợp vớicác tỉ lệ mol Ni2+/ Zn2+ khác nhau. Kết quả cho thấy các peak nhiễu xạ tia X của cácmẫu Ni-ZIF-8(20%), Ni-ZIF-8(40%), Ni-ZIF-8(60%) và Ni-ZIF-8(80%) trùng với cácpeak của ZIF-8 [6]. Giản đồ XRD cũng cho thấy, khi thay thế 90 % (theo tỉ lệ mol) Ni2+vào hỗn hợp Zn2+ và Ni2+ (mẫu Ni-ZIF-8(90%)) thì không xuất hiện các peak đặc trưng98 Mai Thị Thanh, Đinh Quang Khiếu, Ng.Trần Phi Phong, Ng.Thị Hải Ngọc, Lương Văn Tricủa vật liệu, chứng tỏ ZIF-8 không hình thành ở tỉ lệ này. Vì vậy trong nghiên cứu này,giới hạn để tổng hợp Ni-ZIF-8 từ hỗn hợp Zn2+ và Ni2+ với tỉ lệ mol Ni2+ /(Zn2++ Ni2+)trong hỗn hợp ban đầu tối đa là 80 %. Hình 1 cũng cho thấy, góc 2θ (7,31o) của peakđặc trưng cho vật liệu ZIF-8 ứng với mặt (011) nhỏ dần khi hàm lượng Ni2+ trong hỗnhợp (Zn2+ + Ni2+) ban đầu tăng lên. Từ vị trí nhiễu xạ trên giản đồ XRD và chỉ số Miller 1 (h 2 + k 2 + l 2 ) λtrong hệ cubic của ZIF-8, sử dụng phương ...