I. Vật liệu khung hữu cơ kim loại MOFs
Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs) là một nhóm vật liệu xốp lai vô cơ - hữu cơ, được hình thành từ sự kết hợp giữa các ion kim loại và các phối tử hữu cơ. MOFs có cấu trúc tinh thể ba chiều với độ xốp cao và diện tích bề mặt lớn, lên đến 6000 m²/g. Những đặc tính này làm cho MOFs trở thành vật liệu tiềm năng trong nhiều lĩnh vực như hấp phụ, xúc tác, lưu trữ khí và cảm biến hóa học. ZIF-67, một loại MOFs, được nghiên cứu rộng rãi nhờ cấu trúc xốp đặc biệt và khả năng ứng dụng đa dạng.
1.1. Cấu trúc và tính chất của MOFs
MOFs được hình thành từ quá trình tự lắp ghép giữa các ion kim loại và phối tử hữu cơ, tạo thành các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBUs). Các SBUs liên kết với nhau tạo thành mạng lưới ba chiều với các mao quản có kích thước từ micro đến nano. ZIF-67 là một ví dụ điển hình, với cấu trúc zeolitic imidazolate, có khả năng điều chỉnh bề mặt và độ bền hóa học cao.
1.2. Ứng dụng của MOFs
MOFs được ứng dụng rộng rãi trong hấp phụ các chất ô nhiễm, xúc tác phản ứng hóa học và lưu trữ khí. ZIF-67 đặc biệt hiệu quả trong việc hấp phụ các chất màu như Congo red và Methylene blue, cũng như trong xúc tác quang hóa phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy.
II. Tổng hợp và biến tính ZIF 67
Tổng hợp vật liệu ZIF-67 được thực hiện thông qua các phương pháp như vi sóng và dung môi nhiệt. Phương pháp vi sóng cho hiệu suất cao và cải thiện đáng kể các đặc tính bề mặt của vật liệu. Biến tính ZIF-67 bằng cách kết hợp với các kim loại khác như kẽm (Zn) để tạo ra vật liệu (Zn/Co)ZIFs, có khả năng ứng dụng trong xúc tác quang hóa và hấp phụ.
2.1. Phương pháp tổng hợp ZIF 67
ZIF-67 được tổng hợp bằng phương pháp vi sóng và dung môi nhiệt. Phương pháp vi sóng cho phép kiểm soát kích thước hạt và độ xốp của vật liệu, đồng thời rút ngắn thời gian phản ứng. Kết quả cho thấy ZIF-67 tổng hợp bằng vi sóng có diện tích bề mặt lớn và độ bền cao.
2.2. Biến tính ZIF 67
Biến tính ZIF-67 bằng cách kết hợp với kẽm tạo ra vật liệu (Zn/Co)ZIFs, có khả năng ứng dụng trong xúc tác quang hóa. Vật liệu này cho thấy hiệu quả cao trong việc phân hủy các chất màu như Congo red dưới điều kiện ánh sáng khả kiến.
III. Ứng dụng của ZIF 67 trong hóa học
ZIF-67 được ứng dụng rộng rãi trong hóa học, đặc biệt là trong hấp phụ, xúc tác và cảm biến điện hóa. Vật liệu này cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất màu từ nước và xúc tác phản ứng quang hóa. Ngoài ra, ZIF-67 còn được sử dụng để biến tính điện cực, giúp cải thiện độ nhạy và giới hạn phát hiện trong phân tích điện hóa.
3.1. Ứng dụng trong hấp phụ
ZIF-67 được sử dụng làm chất hấp phụ để loại bỏ các chất màu như Congo red, Methylene blue và Rhodamine B từ nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy ZIF-67 có khả năng hấp phụ cao hơn so với nhiều vật liệu xốp khác.
3.2. Ứng dụng trong xúc tác quang hóa
ZIF-67 và (Zn/Co)ZIFs được sử dụng làm chất xúc tác quang hóa để phân hủy các chất màu dưới điều kiện ánh sáng khả kiến. Vật liệu này cho thấy hiệu quả cao trong việc phân hủy Congo red và các chất hữu cơ khó phân hủy khác.
3.3. Ứng dụng trong cảm biến điện hóa
ZIF-67 được sử dụng để biến tính điện cực than thủy tinh (GCE), giúp cải thiện độ nhạy và giới hạn phát hiện trong phân tích dopamine và paracetamol bằng phương pháp volt-ampere hòa tan.
IV. Kết quả và đóng góp của luận án
Luận án đã tổng hợp thành công ZIF-67 bằng phương pháp vi sóng và dung môi nhiệt, đồng thời biến tính vật liệu này để ứng dụng trong hấp phụ, xúc tác và cảm biến điện hóa. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín, khẳng định giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn của luận án.
4.1. Đóng góp khoa học
Luận án đã đóng góp vào việc phát triển phương pháp tổng hợp ZIF-67 hiệu quả, đồng thời mở rộng ứng dụng của vật liệu này trong hấp phụ, xúc tác và cảm biến điện hóa. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí quốc tế như Journal of Environmental Chemical Engineering và Journal of Materials Science.
4.2. Ứng dụng thực tiễn
ZIF-67 và (Zn/Co)ZIFs được ứng dụng thành công trong việc loại bỏ các chất màu từ nước và xúc tác phản ứng quang hóa. Ngoài ra, vật liệu này còn được sử dụng để cải thiện độ nhạy của điện cực trong phân tích điện hóa, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực cảm biến hóa học.
