Vật liệu khung hữu cơ – kim loại (Metal Organic Framework, MOF)

MOF là vật liệu có độ xốp cao được tạo thành khi các ligand carboxylat hữu cơ gắn kết với các cluster kim loại để tạo ra cấu trúc khung không gian ba chiều với những lỗ xốp có kích thước ổn định. Cấu trúc khung của vật liệu có độ ổn định cao nhờ độ bền của liên kết kim loại – oxy. Các khung này giữ nguyên cấu trúc ngay cả khi các phân tử dung môi nằm trong các lỗ xốp bị giải hấp ra ngoài. Kết quả là vật liệu có dạng khung tinh thể với...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật liệu khung hữu cơ – kim loại (Metal Organic Framework, MOF)Vật liệu khung hữu cơ – kim loại (Metal Organic Framework, MOF)MOF là vật liệu có độ xốp cao được tạo thành khi các ligandcarboxylat hữu cơ gắn kết với các cluster kim loại để tạo ra cấutrúc khung không gian ba chiều với những lỗ xốp có kích thướcổn định. Cấu trúc khung của vật liệu có độ ổn định cao nhờ độbền của liên kết kim loại – oxy. Các khung này giữ nguyên cấutrúc ngay cả khi các phân tử dung môi nằm trong các lỗ xốp bịgiải hấp ra ngoài. Kết quả là vật liệu có dạng khung tinh thể vớitỉ trọng thấp và diện tích bề mặt cao.Bằng cách thay đổi các cầu nối hữu cơ hoặc ion kim loại ta cóthể thay đổi được kích thước lỗ xốp của vật liệu thông qua đóđiều chế được các vật liệu xốp có khả năng hấp thụ chọn lọc.MOF được nghiên cứu thành công nhất bởi nhóm của GS OmarYaghi tại Trường Đại học California tại thành phố Los Angeles,Mỹ (UCLA).Một trong các đặc điểm nổi bật của loại vật liệu này là bề mặtriêng cực lớn, tới hàng ngàn mét vuông cho 1g. Thực nghiệmcho thấy vật liệu MOF là vật liệu có bề mặt riêng lớn nhất trongsố các vật liệu tinh thể: Bề mặt riêng cao nhất của vật liệu zeolitlà khoảng 900 m2/g trong khi đó MOF-200 có thể đạt tới 10.000m2/g. Cùng với bề mặt riêng cực lớn, các vật liệu MOF có độxốp rất cao và do đó có khả năng lưu giữ các khí mà người takhông muốn xả thẳng ra môi trường như carbonic, hoặc lưu giữcác loại khí làm nhiên liệu cho xe ôtô như hyđrô, mêtan … Từđó người ta nghĩ ngay tới việc dùng các bình chứa có vật liệuMOF bên trong để tăng đáng kể tới hàng chục lần khả năng lưutrữ các loại khí này so với các loại bình không có vật liệu MOFbên trong. Chính bởi lý do đó MOF được các nhà khoa học vàgiới công nghiệp xem như những vật liệu của tương lai có khảnăng tạo nên những thay đổi mang tính cách mạng đối vớinhững lĩnh vực quan trọng nhất của thế giới như năng lượng,bảo vệ môi trường, y tế. Ngoài khả năng lưu trữ, các vật liệuMOF còn có thể ứng dụng rất hiệu quả trong việc tách khí CO2từ các hỗn hợp khí.Nhóm nghiên cứu năng lượng bền vững tại PTN Hóa lý Ứngdụng cùng với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoalà hai nhóm hạt nhân trong việc triển khai chương trình tiến sĩMANAR, chương trình hợp tác nghiên cứu đào tạo giữa ĐHQG-HCM với UCLA về nghiên cứu chế tạo vật liệu MOF. Hiệnnhóm đang phối hợp với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại họcBách khoa thực hiện 02 đề tài NCKH trọng điểm cấp ĐHQG, 01đề tài hợp tác quốc tế theo nghị định thư trong lĩnh vực vật liệuMOF với tổng kinh phí khoảng 4 tỷ đồng. Kết quả bước đầunhóm đạt được rất khả quan như: đã tổng hợp được vật liệuMOF-5 với diện tích bề mặt 2600 m2/g tương đương với kết quảcủa nhóm nghiên cứu của Giáo sư Yaghi; bước đầu thành côngtrong việc tổng hợp ra vật liệu MOF mới chưa từng được côngbố với điện tích bề mặt 3400 m2/g