(Hóa học ngày nay-H2N2)-MOFs (Metal Organic Frameworks) là nhóm vật liệu lai mới được sản xuất từ kim loại và các hợp chất hữu cơ có khả năng lưu trữ an toàn hyđro và metan. Nó được xem là loại vật liệu “hot” nhất hiện nay và đang làm thay đổi diện mạo của hóa học chất rắn và khoa học vật liệu trong 10 năm gần đây.
Theo Quỹ tài trợ Khoa học châu Âu, MOFs hiện là một trong những bước tiến triển lớn nhất về khoa học vật liệu ở trạng thái rắn. Khả năng ứng dụng của MOFs rất rộng rãi như hấp phụ và lưu trữ khí, tách chất, trao đổi ion và dược phẩm. Do khả năng lưu trữ khí của MOFs lớn nên một trong các ý tưởng được đề xuất là dùng MOFs để lưu trữ khí hydrô để dùng làm nhiên liệu cho các loại động cơ trong tương lai và lưu trữ khí cacboníc, một trong những khí chủ yếu gây nên hiệu ứng nhà kính hiện nay.
MOFs là những vật liệu xốp có các lỗ nhỏ li ti với cấu trúc giống như hình tổ ong. Các phân tử khí có thể khuếch tán vào MOFs và được giữ lại trong các lỗ xốp trong cấu trúc của nó.
Một số nghiên cứu công bố gần đây cho biết, lỗ xốp tự nhiên của MOFs có thể giúp chúng được áp dụng làm chất xúc tác để làm tăng nhanh phản ứng hóa học trong những ứng dụng về sản xuất vật liệu và dược phẩm. Ngoài ra, tùy thuộc vào cấu trúc khung kim loại và cấu tử hữu cơ (organic ligand) mà khả năng ứng dụng của MOFs cũng khác nhau.
MOFs được biết đến từ với khả năng lưu trữ một lượng lớn hydro và ứng dụng của chúng cho việc làm sạch khí. Những ứng dụng này dựa trên diện tích bề mặt riêng lớn, có trật tự và xốp của chúng. Những phân tử nhỏ như hydro không những hấp phụ tốt trên bề mặt mà còn có thể giải phóng hoàn toàn ở áp suất riêng phần thấp. Mặt khác, các trung tâm kim loại của MOF cũng có khả năng ứng dụng làm xúc tác trong các phản ứng như: phản ứng polime hóa Ziegler-Natta, phản ứng Diel-Alder, và các phản ứng quang hóa khác.
MOF-5 được Yaghi đặt tên vào năm 1999 với cấu trúc gồm các trung tâm oxit kim loại Zn liên kết với nhau bởi các cấu tử 1,4-benzendicacboxylat tạo thành khung cấu trúc mao quản hữu cơ-kim loại có đường kình từ 12-15 angstroms.
Đặc biệt, với tỷ trọng thấp (1-0.2 g/cm3), diện tích bề mặt riêng lớn (500-4500 m2/g) nên MOF là vật liệu lý tưởng cho việc dự trữ và tách khí. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm chứng tỏ khả năng tách và lưu trữ khí của MOF (N2, Ar, CO2, CH4, and H2) [1–9]
Hiện nay có khoảng gần 200 loại vật liệu MOFs đã được tổng hợp, một số đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Một số loại vật liệu MOFs đã được các nhà khoa học trên thế giới chú ý do những khả năng ứng dụng và tính chất đặc trưng của chúng đó là: MIL-53(Al), MIL-53(Cr), MIL-53(Fe), MIL-88(A,B,C,D), MIL-100, MIL-101, HKUST-1, MOF-5, MOF-177, UiO-6.
Hoahocngaynay.com
Tham khảo thêm
- 1. H. Li, M. Eddaoudi, M. O’Keeffe, O. M. Yaghi, Nature 402, 276 (1999).
- 2. H. K. Chae et al., Nature 427, 523 (2004).
- 3. G. Férey et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 43, 6296 (2004).
- 4. S.-I. Noro, S. Kitagawa, M. Kondo, K. Seki, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 2082 (2000).
- 5. K. Seki, W. Mori, J. Phys. Chem. B 106, 1380 (2002).
- 6. N. L. Rosi et al., Science 300, 1127 (2003).
- 7. G. Férey et al., Chem. Comm. 2003, 2976 (2003).
- 8. D. N. Dybtsev, H. Chun, S. H. Yoon, D. Kim, K. Kim, J. Am. Chem. Soc. 126, 32 (2004).
- 9. J. L. C. Rowsell, A. R. Millward, K. S. Park, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc. 126, 5666 (2004).
