Luận văn thạc sĩ vật lý kỹ thuật khảo sát cấu trúc hình học điện tử và độ bền cơ học của mof 901 dưới sự ảnh hưởng của phân tử hấp phụ methanol

Luận văn nghiên cứu cấu trúc hình học, điện tử, độ bền cơ học của MOF-901 khi hấp phụ methanol. Phân tích ảnh hưởng của methanol đến tính chất vật liệu.

• Tác giả: Đồng Cao Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Hưng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
• Đề tài: Khảo Sát Cấu Trúc Hình Học, Điện Tử Và Độ Bền Cơ Học Của MOF-901 Dưới Sự Ảnh Hưởng Của Phân Tử Hấp Phụ Methanol
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Tóm tắt
• Lời cam đoan
• Danh mục kí tự viết tắt
• Danh mục hình ảnh
• Danh mục bảng
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vật liệu khung hữu cơ kim loại
• 1.1.1. Cấu trúc hình học
• 1.1.2. Tính chất
• 1.1.3. Ứng dụng
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
• 2.1. Lý thuyết tính toán
• 2.1.1. Phương trình Schrödinger trong hệ nhiều hạt
• 2.1.2. Phép gần đúng Born-Oppenheimer
• 2.1.3. Phương pháp Hartree-Fock
• 2.1.4. Phương pháp phiếm hàm mật độ
• 2.1.5. Phương trình Kohn-Sham
• 2.1.6. Hàm trao đổi – tương quan
• 2.1.7. Hàm sóng phẳng và vùng Brillouin
• 2.1.8. Bộ giả thế
• 2.1.9. Hằng số đàn hồi
• 2.2. Chi tiết tính toán
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Cấu trúc hình học
• 3.2. Cấu trúc điện tử
• 3.3. Năng lượng hấp phụ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• Danh mục các công trình khoa học
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu MOF 901 Cấu Trúc Ứng Dụng Tiềm Năng

Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs) đang thu hút sự quan tâm lớn nhờ đặc tính nổi bật và khả năng ứng dụng đa dạng. MOFs được cấu tạo từ cụm kim loại và cầu nối hữu cơ, tạo thành cấu trúc tinh thể có lỗ xốp dày đặc. Trong số đó, MOF-901 với tâm kim loại Ti nổi bật với độ bền cao, khả năng hấp phụ methanol và hoạt tính xúc tác tốt. Nghiên cứu về cấu trúc MOF, tính chất điện tử MOF và độ bền cơ học MOF là then chốt để khai thác tiềm năng của MOF-901 trong nhiều lĩnh vực. Các phương pháp mô phỏng hấp phụ và mô hình hóa MOF đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của MOF-901. Ứng dụng MOF ngày càng được mở rộng, từ tách methanol đến các lĩnh vực y sinh học.

1.1. Cấu trúc hình học và thành phần cơ bản của MOF

MOFs được hình thành từ hai thành phần chính: các cụm kim loại (thường là phức kim loại) và các phân tử hữu cơ đóng vai trò cầu nối. Kim loại chuyển tiếp thường được ưu tiên sử dụng do ái lực mạnh với các dị nguyên tử như oxi, lưu huỳnh, nitơ trong cầu nối hữu cơ. Vị trí liên kết trên tâm kim loại và cầu nối hữu cơ quyết định cấu trúc MOFs. Cầu nối hữu cơ chứa các nhóm chức như carboxy, sulfo, hydroxyl hoặc nitrogen. Sự kết hợp đa dạng giữa ion kim loại và phối tử hữu cơ tạo ra vô số cấu trúc, với hàng ngàn vật liệu MOFs khác nhau đã được công bố.

1.2. Tính chất then chốt Độ bền và ứng dụng tiềm năng

Độ bền hóa học, nhiệt động và cơ học là những tiêu chí quan trọng để đánh giá tiềm năng ứng dụng của MOFs. Một số MOFs, như Zr-MOF và Ti-MOF, thể hiện độ ổn định cấu trúc trong môi trường nước có pH rộng. Độ bền nhiệt của MOFs thường nằm trong khoảng 350-400°C, nhưng một số loại có thể chịu được nhiệt độ cao hơn. Tính bền cơ học cũng rất quan trọng, với một số MOFs có khả năng chịu được áp suất lớn mà không làm mất tính toàn vẹn cấu trúc. Các kim loại chuyển tiếp nhóm IVB, như zirconium, hafnium và titanium, đang được sử dụng để tăng cường độ bền cho vật liệu MOFs.

1.3. Đa dạng ứng dụng Từ hấp phụ khí đến y sinh học

MOFs hứa hẹn tiềm năng trong hấp phụ, phân tách và lưu trữ khí, đáp ứng nhu cầu tiết kiệm tài nguyên và lưu trữ năng lượng. MOFs có diện tích bề mặt riêng lớn, tính chất lỗ xốp điều chỉnh được, đáp ứng các yêu cầu của vật liệu hấp phụ. Tâm kim loại chuyển tiếp có thể đóng vai trò acid Lewis trong nhiều phản ứng hữu cơ. MOFs còn có khả năng hấp thụ ánh sáng và được sử dụng làm chất xúc tác quang. Trong lĩnh vực y sinh học, MOFs thể hiện tiềm năng nhờ các tính chất như không độc, khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học.

II. Thách Thức và Mục Tiêu Nghiên Cứu Cấu Trúc MOF 901

MOF-901, được tổng hợp bởi Tiến sĩ Nguyễn Lạc Hà và cộng sự năm 2016, thể hiện tiềm năng lớn trong xúc tác quang hóa. Tuy nhiên, để ứng dụng MOF-901 rộng rãi, cần nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc, tính chất và độ bền của nó. Một thách thức quan trọng là làm rõ sự tương tác giữa các quỹ đạo trong MOFs để tạo ra vùng cấm, từ đó hiểu rõ hơn về khả năng hấp thụ ánh sáng của vật liệu. Bên cạnh đó, cần đánh giá độ bền cơ học của MOF-901 để đảm bảo khả năng ứng dụng trong các điều kiện khác nhau. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của methanol hấp phụ đến cấu trúc, tính chất điện tử và độ bền cơ học của MOF-901.

2.1. Tổng quan về cấu trúc và đặc tính của MOF 901

MOF-901 là cấu trúc MOFs mới dựa trên nhóm liên kết Imine và cụm tâm kim loại Ti-oxo hexameric. Vật liệu này có độ rộng vùng cấm là 2.65 eV, cho phép hấp thụ ánh sáng trong khoảng bước sóng từ 340 đến 550nm. MOF-901 đã được chứng minh là có độ bền nhiệt tới 200oC và ổn định trong môi trường axit. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sâu hơn về độ bền cơ học và ảnh hưởng của các dung môi đến cấu trúc của vật liệu.

2.2. Vấn đề tồn tại methanol trong cấu trúc MOF 901

Sau khi tổng hợp, cấu trúc MOF-901 vẫn chứa dung môi methanol với tương tác vật lý. Điều này đặt ra câu hỏi về ảnh hưởng của nồng độ methanol hấp phụ đến cấu trúc, cấu trúc điện tử và độ bền cơ học của MOFs. Việc làm rõ ảnh hưởng này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của MOF-901 trong các ứng dụng thực tế.

2.3. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng của methanol

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của methanol hấp phụ đến cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và độ bền cơ học của MOF-901. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) sẽ được sử dụng để mô phỏng và phân tích các tính chất của MOF-901 khi không có và có hấp phụ methanol. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và tiềm năng ứng dụng của MOF-901.

III. Phương Pháp Tính Toán DFT Nghiên Cứu MOF 901 Methanol

Luận văn này sử dụng phương pháp tính toán DFT để nghiên cứu MOF-901. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) là công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và độ bền cơ học của vật liệu MOFs. DFT giúp xác định năng lượng trạng thái cơ bản của hệ thống nhiều hạt bằng cách sử dụng mật độ điện tử thay vì hàm sóng phức tạp. Các phương trình Kohn-Sham được giải để tìm ra mật độ điện tử tối ưu. Việc lựa chọn hàm trao đổi - tương quan phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Phương pháp sóng phẳng và vùng Brillouin được sử dụng để mô tả hệ thống tuần hoàn. Bộ giả thế giúp giảm độ phức tạp tính toán bằng cách thay thế các electron lõi bằng một thế hiệu.

3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp DFT

Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) dựa trên hai định lý Hohenberg-Kohn, khẳng định rằng năng lượng trạng thái cơ bản của một hệ thống hoàn toàn được xác định bởi mật độ điện tử của nó, và mật độ điện tử trạng thái cơ bản có thể được tìm thấy bằng cách tối thiểu hóa năng lượng. DFT giúp giải quyết bài toán nhiều hạt phức tạp bằng cách chuyển đổi nó thành bài toán một hạt hiệu quả, giảm đáng kể chi phí tính toán.

3.2. Các phương trình Kohn Sham và hàm trao đổi tương quan

Các phương trình Kohn-Sham là một tập hợp các phương trình một hạt được sử dụng để tìm mật độ điện tử trạng thái cơ bản trong phương pháp DFT. Việc lựa chọn hàm trao đổi - tương quan phù hợp là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của kết quả tính toán. Có nhiều loại hàm trao đổi - tương quan khác nhau, mỗi loại phù hợp với các loại hệ thống khác nhau. Các phương pháp LDA và GGA là những lựa chọn phổ biến.

3.3. Chi tiết tính toán Sóng phẳng vùng Brillouin và bộ giả thế

Phương pháp sóng phẳng thường được sử dụng để mô tả các electron trong hệ thống tuần hoàn như MOFs. Vùng Brillouin là một khái niệm quan trọng trong vật lý chất rắn, mô tả không gian k-space nơi các electron có thể tồn tại. Bộ giả thế được sử dụng để giảm độ phức tạp tính toán bằng cách loại bỏ các electron lõi không đóng góp nhiều vào liên kết hóa học.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Cấu Trúc và Điện Tử MOF 901 Hấp Phụ Methanol

Nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp DFT để tối ưu hóa cấu trúc MOF-901 và MOF-901 hấp phụ 6 và 12 phân tử methanol. Phân tích sự thay đổi về cấu trúc hình học trước và sau khi tối ưu hóa. Tính toán và phân tích cấu trúc điện tử và độ bền cơ học của MOF-901 trước và sau khi hấp phụ methanol. Tính toán năng lượng hấp phụ methanol của MOF-901. Kết quả cho thấy MOF-901 có khả năng hấp phụ methanol tốt và độ bền được cải thiện sau khi hấp phụ.

4.1. Phân tích sự thay đổi cấu trúc hình học

Kết quả tối ưu hóa cấu trúc cho thấy sự thay đổi về khoảng cách liên kết và góc liên kết trong MOF-901 sau khi hấp phụ methanol. Các phân tử methanol tương tác với khung MOF thông qua liên kết hydro và tương tác Van der Waals, gây ra sự biến dạng nhẹ trong cấu trúc.

4.2. Ảnh hưởng của methanol đến cấu trúc điện tử

Việc hấp phụ methanol ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử của MOF-901, thể hiện qua sự thay đổi trong vùng cấm và mật độ trạng thái (DOS). Tương tác giữa methanol và khung MOF dẫn đến sự dịch chuyển mức năng lượng và thay đổi tính chất dẫn điện của vật liệu.

4.3. Năng lượng hấp phụ và độ bền cơ học

Tính toán năng lượng hấp phụ cho thấy MOF-901 có ái lực tốt với methanol. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ bền cơ học của MOF-901 được cải thiện sau khi hấp phụ methanol, do sự gia cố của khung MOF bởi các phân tử methanol.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn MOF 901 Trong Hấp Phụ Methanol Hiệu Quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy MOF-901 là vật liệu tiềm năng trong ứng dụng hấp phụ methanol. MOF-901 có thể được sử dụng để tách methanol từ hỗn hợp dung môi, lưu trữ methanol hoặc làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học liên quan đến methanol. Việc hiểu rõ cấu trúc, tính chất điện tử và độ bền cơ học của MOF-901 giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của vật liệu trong các ứng dụng thực tế. Cần nghiên cứu thêm về động học hấp phụ methanol và isotherm hấp phụ methanol để thiết kế các hệ thống hấp phụ hiệu quả.

5.1. Tách methanol từ hỗn hợp dung môi

MOF-901 có thể được sử dụng để tách methanol từ các hỗn hợp dung môi khác nhau, nhờ vào khả năng hấp phụ chọn lọc methanol. Điều này có ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, như sản xuất hóa chất, dược phẩm và năng lượng.

5.2. Lưu trữ và vận chuyển methanol an toàn

MOF-901 có thể được sử dụng để lưu trữ và vận chuyển methanol một cách an toàn, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và ô nhiễm môi trường. Methanol được hấp phụ trong các lỗ xốp của MOF, làm giảm áp suất hơi và tăng tính ổn định.

5.3. Xúc tác cho các phản ứng hóa học

MOF-901 có thể được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học liên quan đến methanol, như ester hóa, transester hóa và oxy hóa. Tâm kim loại Ti trong MOF-901 có thể đóng vai trò trung tâm hoạt động, tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vật Liệu MOF 901

Nghiên cứu này đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc, tính chất điện tử và độ bền cơ học của MOF-901 khi hấp phụ methanol. Kết quả cho thấy MOF-901 là vật liệu đầy hứa hẹn cho các ứng dụng liên quan đến methanol. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu các phương pháp tổng hợp MOF-901 hiệu quả hơn, cải thiện độ bền cơ học và khả năng hấp phụ, cũng như khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau. Cần đẩy mạnh nghiên cứu vật liệu MOF để khai thác tối đa tiềm năng của các vật liệu này.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu chính

Nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp DFT để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của methanol hấp phụ đến cấu trúc, tính chất điện tử và độ bền cơ học của MOF-901. Kết quả cho thấy MOF-901 có khả năng hấp phụ methanol tốt và độ bền được cải thiện sau khi hấp phụ. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng của MOF-901 trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

6.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các hướng nghiên cứu trong tương lai bao gồm việc phát triển các phương pháp tổng hợp MOF-901 hiệu quả hơn, cải thiện độ bền cơ học và khả năng hấp phụ, cũng như khám phá các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau. Cần tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của MOF-901 để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.

6.3. Tầm quan trọng của nghiên cứu vật liệu MOF

Nghiên cứu vật liệu MOF có tầm quan trọng lớn trong việc phát triển các công nghệ mới trong nhiều lĩnh vực, như năng lượng, môi trường, y sinh học và hóa học. MOFs có tiềm năng thay thế các vật liệu truyền thống bằng các vật liệu hiệu quả hơn, bền vững hơn và thân thiện với môi trường hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vật liệu khung hữu cơ kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các chất xúc tác quang hóa thế hệ mới nhờ diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lỗ xốp có thể tinh chỉnh linh hoạt. Trong số các hệ vật liệu tiên tiến, cấu trúc khung kim loại titan nổi bật với độ bền nhiệt lên tới 200 độ C và khả năng làm việc ổn định trong môi trường axit. Tinh thể MOF-901 được tổng hợp từ cụm tâm kim loại titan dạng sáu đỉnh kết hợp cùng cầu nối hữu cơ 4-aminobenzoate, sở hữu ô đơn vị lục giác chứa 336 nguyên tử với hằng số mạng a bằng 27.40 Angstrom và c bằng 8.84 Angstrom. Hệ vật liệu này có hai hệ thống lỗ xốp riêng biệt gồm lỗ xốp lớn hình tròn đường kính khoảng 12.5 Angstrom và lỗ xốp nhỏ hình elip bán kính 3.5 Angstrom, tạo điều kiện thuận lợi cho việc dung nạp các phân tử khách.

Mặc dù thực nghiệm đã chứng minh MOF-901 có độ rộng vùng cấm quang học đạt 2.65 eV và khả năng xúc tác quang vượt trội so với chất xúc tác thương mại trong phản ứng trùng hợp methyl methacrylate dưới ánh sáng khả kiến từ 340 đến 550 nm, cơ chế tương tác quỹ đạo điện tử và độ bền cơ học thực tế dưới sự hiện diện của dung môi hấp phụ vẫn là bài toán chưa có lời giải chi tiết. Đề tài tập trung khảo sát sự thay đổi cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và độ bền cơ học của MOF-901 khi hấp phụ phân tử methanol ở các mức nồng độ 5.40% và 10.80% khối lượng. Công trình được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ tháng 8 năm 2019 đến tháng 2 năm 2020. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa quan trọng trong việc làm sáng tỏ cơ chế điều biến vùng cấm và cung cấp bộ dữ liệu hằng số đàn hồi chính xác, phục vụ định hướng ứng dụng vật liệu trong công nghệ xử lý môi trường và xúc tác quang hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cơ học lượng tử nhiều hạt, kết hợp các phép gần đúng vật lý hiện đại nhằm giải bài toán tương tác phức tạp giữa hạt nhân và điện tử trong vật rắn:

• Phương trình Schrödinger hệ nhiều hạt và phép gần đúng Born-Oppenheimer: Tách biệt chuyển động của hạt nhân có khối lượng lớn khỏi chuyển động nhanh của các điện tử, quy bài toán về trạng thái chuyển động của điện tử trong thế tĩnh điện cố định.
• Phương pháp trường tự hợp Hartree-Fock và định thức Slater: Mô tả hệ điện tử thông qua định thức bất đối xứng thỏa mãn nguyên lý loại trừ Pauli, làm tiền đề cho việc xấp xỉ tương tác Coulomb và hiệu ứng trao đổi.
• Lý thuyết phiếm hàm mật độ theo hai định lý nền tảng Hohenberg-Kohn: Xác định năng lượng trạng thái cơ bản của hệ nhiều hạt hoàn toàn phụ thuộc vào mật độ điện tử không gian thay vì hàm sóng nhiều chiều.
• Hệ phương trình Kohn-Sham và gần đúng gradient suy rộng: Áp dụng phiếm hàm Perdew-Burke-Ernzerhof để mô tả năng lượng trao đổi - tương quan không đồng nhất cục bộ, bổ sung hiệu chỉnh phân tán Grimme DFT-D3 để mô phỏng chính xác lực liên kết Van der Waals tầm xa.
• Lý thuyết đàn hồi tinh thể học cổ điển: Dựa trên định luật Hooke tổng quát liên hệ giữa tensor ứng suất và tensor biến dạng thông qua ma trận hằng số đàn hồi 6x6, áp dụng các tiêu chuẩn ổn định cơ học Born cho hệ tinh thể đối xứng lục giác.

Các khái niệm then chốt xuyên suốt đề tài bao gồm mật độ trạng thái từng phần, độ rộng vùng cấm trực tiếp và gián tiếp, mức năng lượng Fermi, hằng số đàn hồi dao động mạng và năng lượng hấp phụ phân tử.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng gói phần mềm mô phỏng lượng tử VASP chuyên dụng để tính toán cấu trúc vật liệu từ nguyên lý ban đầu:

• Mô hình tính toán và chọn mẫu: Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm ô đơn vị chuẩn của MOF-901 với 336 nguyên tử (12 nguyên tử Ti, 12 nguyên tử N, 144 nguyên tử C, 120 nguyên tử H và 48 nguyên tử O). Mẫu nghiên cứu được khảo sát ở ba trạng thái độc lập gồm cấu trúc tinh khiết không hấp phụ, cấu trúc hấp phụ 6 phân tử methanol và cấu trúc hấp phụ 12 phân tử methanol trong một ô đơn vị.
• Thiết lập thông số tính toán: Không gian sóng phẳng được biểu diễn bằng bộ giả thế sóng chiếu mở rộng PAW. Năng lượng cắt sóng phẳng được tối ưu hóa chuẩn xác ở mức 400 eV sau khi khảo sát dải năng lượng từ 300 eV đến 500 eV. Lưới tích phân vùng Brillouin được lấy mẫu tự động theo phương pháp Monkhorst-Pack với kích thước 1x1x4.
• Tiêu chí hội tụ và độ tin cậy: Quá trình trường tự hợp đạt điểm dừng khi biến thiên năng lượng tổng nhỏ hơn 10 mũ trừ 5 eV và độ lớn lực tác dụng lên mỗi nguyên tử nhỏ hơn 10 mũ trừ 3 eV trên Angstrom. Lý do lựa chọn phương pháp này là vì DFT-PBE kết hợp giả thế PAW mang lại sự cân bằng tối ưu giữa độ chính xác cấu trúc hóa học và thời gian xử lý dữ liệu cho hệ tinh thể kích thước lớn trên 300 nguyên tử.
• Thời gian thực hiện: Toàn bộ quá trình tính toán mô phỏng và phân tích dữ liệu được triển khai liên tục trong thời gian 6 tháng từ ngày 19 tháng 8 năm 2019 đến ngày 1 tháng 2 năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán mô phỏng lượng tử đã ghi nhận 4 phát hiện khoa học mang tính đột phá về cấu trúc và tính chất của vật liệu:

1. Sự co rút cấu trúc hình học theo trục tinh thể: Sau tối ưu hóa bằng phương pháp PBE và PBE-D3, hằng số mạng a của MOF-901 nguyên bản biến thiên rất nhỏ dưới 0.47%, trong khi hằng số mạng c giảm mạnh 7.36% so với thực nghiệm. Thể tích ô đơn vị của MOF-901 giảm 8.08% với PBE và giảm 5.28% với PBE-D3. Khi hấp phụ 6 phân tử methanol, thể tích giảm từ 1.66% đến 3.44%. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ hấp phụ lên 12 phân tử methanol, thể tích ô mạng có xu hướng giãn nở nhẹ 4.23% ở PBE-D3 và 0.69% ở PBE do sự tăng hằng số mạng c từ 1.00% đến 1.69%.
2. Biến dạng cục bộ của các liên kết phối trí: Độ dài liên kết Ti-O methoxy giảm từ 1.95 Angstrom ở thực nghiệm xuống 1.78 Angstrom ở mô phỏng. Đồng thời, góc nghiêng alpha giữa vector Ti-O methoxy và trục c tăng mạnh từ gần 0 độ lên 35 đến 50 độ. Ngược lại, liên kết Ti-O carboxylate bị kéo dài từ 1.98 Angstrom lên 2.11 Angstrom do sức căng cơ học từ các phân tử methanol hấp phụ bên trong lỗ xốp.
3. Xu hướng thu hẹp độ rộng vùng cấm điện tử: Giá trị vùng cấm tính toán của MOF-901 nguyên bản là 2.07 eV với chuyển dời trực tiếp tại điểm Gamma. Khi hấp phụ 6 phân tử methanol, độ rộng vùng cấm giảm 11.11% xuống còn 1.84 eV. Khi nồng độ đạt 12 phân tử methanol, độ rộng vùng cấm tiếp tục giảm 21.41% xuống mức 1.63 eV. Mức năng lượng Fermi dịch chuyển về phía vùng năng lượng cao hơn, từ mức ban đầu lên âm 1.51 eV ở hệ 6 methanol và âm 1.10 eV ở hệ 12 methanol.
4. Gia tăng độ bền cơ học theo nồng độ phân tử khách: Dữ liệu hằng số đàn hồi dao động mạng cho thấy giá trị C11 tăng từ 2504 kBar ở MOF-901 lên 2604 kBar ở hệ 6 methanol và đạt 2608 kBar ở hệ 12 methanol. Hằng số nén C33 tăng mạnh từ 921 kBar lên 1031 kBar (tăng 11.9%) và đạt 1152 kBar (tăng 25.1%). Năng lượng hấp phụ phân tử mang giá trị âm đạt âm 0.23 eV trên một phân tử ở phép tính PBE và âm 0.42 eV trên một phân tử khi bổ sung tương tác phân tán PBE-D3, thể hiện mức tăng liên kết lên tới 82.6%.

Thảo luận kết quả

Dữ liệu tính toán trong luận văn được mô hình hóa và trực quan hóa chi tiết thông qua các bảng đối sánh tham số mạng, đồ thị đường cong cấu trúc vùng năng lượng electron và biểu đồ phân bố mật độ trạng thái từng phần PDOS. Khi biểu diễn mật độ trạng thái, các đường cong năng lượng được bóc tách rõ ràng theo 4 thành phần cấu trúc: nguyên tử titan, oxy carboxylate, nhóm methoxy và cầu nối 4-aminobenzoate.

Biểu đồ PDOS chứng minh rằng đỉnh của vùng hóa trị và đáy của vùng dẫn trong MOF-901 chủ yếu được đóng góp bởi các phân lớp orbital 2p của cầu nối hữu cơ 4-aminobenzoate, trong khi phân lớp 3d của tâm kim loại titan chỉ đóng vai trò thứ cấp trong việc định hình biên vùng cấm. Khi các phân tử methanol đi vào lỗ xốp lớn, chúng thiết lập các liên kết phân tán Van der Waals tầm xa với vòng phenyl của phối tử. Tương tác này làm uốn cong khung hữu cơ, thay đổi độ dài liên kết Ti-O carboxylate và gián tiếp làm dịch chuyển mức năng lượng của các orbital 2p, dẫn tới sự thu hẹp độ rộng vùng cấm mà không làm mất đi trật tự tinh thể.

Độ rộng vùng cấm tính toán 2.07 eV có mức sai lệch thấp hơn 21.88% so với giá trị thực nghiệm quang học 2.65 eV. Mức chênh lệch này hoàn toàn tương đồng với các công bố lý thuyết quốc tế khi áp dụng phiếm hàm GGA cho các hệ vật liệu lai hóa tương đương như HKUST-1 hoặc UiO-66 (thường sai lệch từ 20% đến 30% do hạn chế cố hữu của việc xấp xỉ thế trao đổi). Về mặt cơ học, giá trị hằng số đàn hồi tổng C33 mang giá trị âm (âm 155 kBar và âm 157 kBar) không phản ánh sự phá hủy liên kết mà bắt nguồn từ bản chất phân lớp 2D với khoảng cách giữa các lớp là 4.42 Angstrom, nơi dao động nhiệt và tương tác trượt giữa các mặt phẳng chiếm ưu thế.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả tính toán nền tảng, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể nhằm thúc đẩy khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu:

• Thực hiện tính toán nâng cao với phiếm hàm lai hóa HSE06 và gần đúng GW: Nhóm nghiên cứu vật lý tính toán cần triển khai các phép tính năng lượng kích thích để giảm sai số vùng cấm từ mức 21.88% hiện tại xuống dưới 5.0%, hoàn thành trong lộ trình 6 tháng.
• Ứng dụng cơ chế hấp phụ dung môi để tối ưu hóa hiệu suất quang xúc tác: Các kỹ sư vật liệu tại phòng thí nghiệm cần điều chỉnh nồng độ pha tạp dung môi methanol ở mức 5.40% đến 10.80% khối lượng nhằm tinh chỉnh vùng cấm về dải 1.63 - 1.84 eV, mục tiêu nâng cao hiệu suất phản ứng trùng hợp quang hóa thêm 15% đến 20% trong vòng 9 tháng.
• Khảo sát độ bền cơ học nhiệt động lực học phân tử AIMD: Các nhà khoa học chuyên ngành mô phỏng cần đánh giá độ ổn định của khung mạng tinh thể dưới áp suất nén thủy tĩnh từ 1 kBar đến 50 kBar và nhiệt độ làm việc từ 300 K đến 500 K trong thời gian 12 tháng.
• Mở rộng mô hình hấp phụ đa cấu tử đối với các hợp chất khí độc hại: Trung tâm nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano cần kiểm tra khả năng hấp phụ chọn lọc đối với CO2, CH4 và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs, hướng tới mục tiêu năng lượng hấp phụ âm từ âm 0.30 eV đến âm 0.60 eV trên một phân tử trong kế hoạch 18 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và giải pháp kỹ thuật chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Vật lý Kỹ thuật, Vật lý Địa cầu và Khoa học Vật liệu: Nắm vững quy trình thiết lập bài toán DFT cho tinh thể kích thước lớn trên 300 nguyên tử, kỹ thuật chọn điểm k trong vùng Brillouin và phương pháp tính toán tensor đàn hồi 6 thành phần.
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển vật liệu bán dẫn, quang xúc tác: Khai thác phương pháp biến tính vùng cấm phi hóa học thông qua hấp phụ phân tử để phát triển các vật liệu thu hoạch năng lượng mặt trời trong dải ánh sáng khả kiến 340 - 550 nm.
• Chuyên gia công nghệ hóa học và môi trường: Sử dụng các thông số nhiệt động học về thể tích lỗ xốp 12.5 Angstrom và năng lượng hấp phụ âm 0.42 eV trên một phân tử để thiết kế hệ thống bẫy khí và lọc dung môi hữu cơ hiệu năng cao.
• Giảng viên đại học chuyên ngành Vật lý Chất rắn và Hóa tính toán: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp sử dụng phần mềm VASP, phân tích mật độ trạng thái PDOS và mô hình hóa ứng suất biến dạng trong cấu trúc 2D.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao kết quả tính toán độ rộng vùng cấm bằng phương pháp PBE lại thấp hơn 21.88% so với thực nghiệm?
  • Phương pháp gần đúng gradient suy rộng GGA-PBE có xu hướng đánh giá thấp độ rộng vùng cấm của chất rắn do không tính đủ hiệu ứng tự tương tác của điện tử và bỏ qua hiệu ứng kích thích đa hạt. Mức sai lệch từ 2.65 eV thực nghiệm xuống 2.07 eV tính toán hoàn toàn nằm trong giới hạn sai số cho phép từ 20% đến 30% của lý thuyết phiếm hàm mật độ tiêu chuẩn.
• Cơ chế nào dẫn đến việc thu hẹp độ rộng vùng cấm khi MOF-901 hấp phụ methanol?
  • Khi nồng độ methanol tăng lên 12 phân tử trong ô mạng, các phân tử này tạo tương tác phân tán tầm xa với vòng thơm của cầu nối 4-aminobenzoate. Hiện tượng này làm biến dạng hình học phối tử và kéo dài liên kết Ti-O carboxylate lên 2.11 Angstrom, làm thay đổi mật độ điện tích các orbital 2p và thu hẹp vùng cấm xuống 1.63 eV mà không cần sự xen phủ điện tử trực tiếp từ methanol.
• Ý nghĩa vật lý của giá trị hằng số đàn hồi tổng C33 mang giá trị âm là gì?
  • Giá trị C33 tổng mang dấu âm (âm 155 kBar ở hệ 6 methanol) phản ánh đặc tính xếp lớp 2D của MOF-901 với khoảng cách giữa các lớp là 4.42 Angstrom. Liên kết giữa các lớp chủ yếu là tương tác yếu, dẫn tới sự trượt lớp và biến dạng góc liên kết Ti-O khi chịu ứng suất, trong khi hằng số đàn hồi dao động mạng C33 vẫn dương đạt 1031 kBar đảm bảo khung tinh thể ổn định.
• Năng lượng hấp phụ âm 0.42 eV trên một phân tử thể hiện điều gì về mặt nhiệt động học?
  • Giá trị năng lượng hấp phụ âm chứng minh quá trình hấp phụ phân tử methanol vào khung mạng MOF-901 là quá trình tỏa nhiệt tự phát. Mức năng lượng âm 0.42 eV trên một phân tử nằm trong dải hấp phụ vật lý điển hình, cho phép vật liệu giữ phân tử khách ổn định ở điều kiện thường nhưng dễ dàng giải hấp để tái sinh chất xúc tác mà không phá hủy cấu trúc.
• Cụm tâm kim loại titan đóng vai trò gì trong cấu trúc điện tử của MOF-901?
  • Cụm Ti-oxo hexameric đóng vai trò liên kết cơ học chính để định hình mạng không gian lục giác vững chắc. Tuy nhiên, phân tích PDOS chỉ ra rằng các orbital 3d của titan không đóng góp vào đỉnh vùng hóa trị và đáy vùng dẫn, cho thấy tính chất quang học của MOF-901 chủ yếu do phối tử hữu cơ kiểm soát.

Kết luận

• Tối ưu hóa thành công mô hình cấu trúc MOF-901 nguyên bản và hệ hấp phụ methanol với quy mô 336 nguyên tử trong một ô đơn vị bằng lý thuyết DFT-PBE kết hợp hiệu chỉnh phân tán D3.
• Xác định cơ chế co nén cấu trúc bất đẳng hướng với hằng số mạng c giảm 7.36% do sự nghiêng góc liên kết Ti-O methoxy từ 0 độ lên 35 đến 50 độ.
• Làm sáng tỏ quy luật điều biến độ rộng vùng cấm giảm tuyến tính từ 2.07 eV xuống 1.84 eV (hệ 6 methanol) và 1.63 eV (hệ 12 methanol) dưới tác động uốn cong phối tử 4-aminobenzoate.
• Chứng minh độ bền cơ học mạng tinh thể gia tăng từ 4% đến 26% khi nồng độ phân tử hấp phụ tăng dần, thỏa mãn đầy đủ các tiêu chuẩn ổn định Born cho hệ lục giác.
• Xác lập năng lượng hấp phụ tự phát đạt âm 0.42 eV trên một phân tử, khẳng định tiềm năng ứng dụng linh hoạt của vật liệu trong xúc tác quang hóa.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp cái nhìn toàn diện từ cấu trúc hình học, cơ chế điện tử đến độ bền cơ học của vật liệu MOF-901 dưới ảnh hưởng của phân tử khách. Trong giai đoạn 2020 - 2022, các hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung mở rộng mô phỏng với phiếm hàm HSE06 và thử nghiệm thực tế quá trình phân hủy quang học các hợp chất hữu cơ. Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm có thể khai thác toàn bộ bộ tham số tính toán của luận văn để áp dụng vào các dự án phát triển vật liệu xúc tác quang tiên tiến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu khung hữu cơ kim loại 1.1 Cấu trúc hình học Trong những năm gần đây, vật liệu khung hữu cơ kim loại (Metal-Organic Frameworks - MOFs) đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học vì các đặc tính nổi bật cùng với khả năng ứng dụng phong phú của nó. Vật liệu MOFs được hình thành từ hai thành phần chính là các cụm kim loại và các phân tử hữu cơ đóng vai trò là cầu nối giữa các tâm kim loại. Chúng liên kết với nhau để hình thành vật liệu tinh thể có cấu trúc không gian trật tự, vững chắc và chứa hệ thống các lỗ xốp dày đặc bên trong cấu trúc.1: Các tâm kim loại phổ biến và đơn vị cấu tạo thứ cấp của chúng. Cụm kim loại trong vật liệu MOFs chủ yếu là các phức kim loại trong đó các ion kim loại liên kết với nhau qua các nhóm carboxyl và các nhóm oxo.

Vật liệu MOFs có thể được hình thành bởi hầu hết các kim loại bao gồm kim loại kiềm và kim loại chuyển tiếp [1]. Tuy nhiên, kim loại chuyển tiếp thường được sử dụng nhiều hơn bởi 1 Đồng Cao Hiếu Luận văn thạc sĩ chúng có ái lực mạnh với các dị nguyên tử hữu cơ như oxi, lưu huỳnh, nitơ trong cầu nối hữu cơ. Một điều quan trọng đó là các vị trí tạo liên kết trên cùng một loại tâm kim loại và cầu nối hữu cơ sẽ quyết định cấu trúc của MOFs được tạo thành. Các cầu nối hữu cơ được sử dụng trong MOF thường là những hợp chất hữu cơ chứa các nhóm chức tạo phức với kim loại như carboxy, sulfo, hydroxyl hoặc nitrogen.

Trong số đó, các cầu nối hữu cơ chứa nhóm carboxy chiếm phần lớn vì khả năng tạo được các liên kết bền nhờ phức chất vòng càng (chelate) với các kim loại để cho ra cấu trúc khung xốp. Trong trường hợp cấu nối hữu cơ có chứa nhóm carboxylate thì việc thay đổi kích thước lỗ xốp cũng như việc gắn các nhóm định chức sẽ trở nên dễ dàng hơn so với trường hợp cầu nối hữu cơ mang các dị nguyên tố [1].2: Các cầu nối hữu cơ phổ biến và đơn vị cấu tạo thứ cấp của chúng. Hơn nữa, việc thay đổi giữa phần kim loại và phối tử hữu cơ (ligand) sẽ cho ra hàng ngàn cấu trúc vật liệu khác nhau.000 vật liệu khung kim loại hữu cơ (MOFs) khác nhau đã được công bố (kết quả thu được từ ngân hàng dữ liệu cấu trúc thuộc đại học Cambridge – một trong những cơ sở dữ liệu lớn nhất) với các dạng hình thái học (topology) đa dạng [2]. Và đây cũng chính là đóng góp to lớn nhất của lĩnh vực nghiên cứu về vật liệu MOFs.

Các dạng hình thái học đem đến cái 2 Đồng Cao Hiếu Luận văn thạc sĩ nhìn chân thực và tường tận hơn về việc tổ chức cũng như sắp xếp vị trí của các nguyên tử trong MOFs. Việc kết hợp ion kim loại với các loại phối tử khác nhau đã cho ra vô số dạng hình thái học. Trong số các dạng hình thái đó, không thể không nhắc đến hình thái học kinh điển FCU (với số phối trí cao nhất là 12) của vật liệu UiO-66: terephthalate (1,4-benzenedicarboxylate) phối tử đóng vai trò kết nối các đơn vị trong cấu trúc vật liệu cũng như các cụm thông qua sự sắp xếp lại kèm theo sự mở rộng của sáu mặt lập phương trung tâm, mỗi cụm được kết nối với 12 cụm lân cận bởi phối tử terephthalate. Hay các dạng hình học khác như: LIL (SNC-25), PCU (MOF-5).3: Các cấu trúc liên kết và hình dạng cho các liên kết sáu đỉnh - hexatopic: (a - c) lăng trụ ba cạnh - trigonal prisms, (d, e) hệ bát diện - octahedra, và (f - g) hệ lục giác–hexagon.2 Tính chất Để một vật liệu có thể được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống thì vật liệu đó cần phải thỏa mãn các tiêu chí về độ bền hóa học, nhiệt động và cơ học.

Sự xem xét MOFs thỏa mãn độ bền hóa học tức là xem xét liệu rằng vật liệu có tồn tại trong các môi trường hóa học khác nhau như nước, axit, bazơ hay không. Một số vật liệu MOFs như Zr-MOF, UiO-66, Ti-MOF cho thấy độ ổn định cấu trúc trong dung dịch nước từ pH = 1 đến pH = 12. Trong khi vật 3 Đồng Cao Hiếu Luận văn thạc sĩ liệu MIL-125, MOF PCN-415 cho thấy độ ổn định của axit [3 - 5]. Một số MOFs có thể tồn tại trong môi trường bazơ như cấu trúc ZIF-8 vẫn ổn định sau khi ngâm trong methanol (MeOH), benzene.

Và ZIF-8 cũng có thể ngâm trong nước trong 7 ngày hoặc trong natri hydroxit đậm đặc ở 100°C trong 24 giờ [6]. Độ bền nhiệt của vật liệu MOFs thường trong khoảng 350-400°C. Tuy nhiên một số MOFs vẫn tồn tại ở nhiệt độ cao hơn ví dụ như MIL-53 chịu được nhiệt độ trên 500°C [7] mà không bị nhiệt phân hủy. Một tính chất quan trọng khác của MOFs là tính bền cơ học ở các điều kiện áp suất.

Một số nghiên cứu cho thấy MOF-5 có thể chịu được áp suất trên 225 Bar mà không làm mất tính toàn vẹn cấu trúc [8]. Một vật liệu MOFs khác là HKUST-1 được đo trong phạm vi nhiệt độ là 273 -343 K và ở áp suất lên đến 50 Mpa mà cấu trúc vẫn giữ được sự ổn định [9]. Để gia tăng độ bền cho vật liệu MOFs, gần đây, các kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm IVB được sử dụng trong các cụm kim loại vì các kim loại này có khả năng liên kết mạnh với oxi trong nhóm carboxyl. Trong nhóm IVB, kim loại tiêu biểu mà đã được sử dụng thành công trong việc tổng hợp các loại MOFs có độ bền hoá học cao trong điều kiện không khí, nhiệt và các dung môi (nước, acetone, dimethylformamide -DMF) như là zirconium, hafnium, titanium.

Tiêu biểu, Lillerud và nhóm nghiên cứu đã tổng hợp được các vật liệu xốp từ zirconium (IV) dicarboxylate (UiO-66, UiO-67, UiO-68). Với nhóm zr6 hiện diện trong MOFs giúp vật liệu zr-MOF này bền trong rất nhiều loại dung môi và điều kiện áp suất nén khác nhau [10]. Tương tự, vật liệu MOF- 901 [11] với tâm kim loại Ti(IV) được công bố bởi nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Lạc Hà cũng cho thấy được độ bền nhiệt cao.

MOF-901 còn có khả năng hấp phụ methanol, nitơ và là chất xúc tác quang tốt.3 Ứng dụng Nhu cầu hấp phụ, phân tách và lưu trữ khí xuất phát từ mục đích tiết kiệm tài nguyên, lưu trữ năng lượng cũng như trong lĩnh vực pin nhiên liệu. Một vật liệu hấp phụ tốt cần đáp ứng các yếu tố như có khả năng hấp phụ cao, đạt đến cân bằng hấp 4 Đồng Cao Hiếu Luận văn thạc sĩ phụ nhanh, độ chọn lọc khí hấp phụ cao, sự hấp phụ thuận nghịch (có khả năng hấp phụ và giải hấp) và có độ bền nhiệt chấp nhận được. MOFs có khả năng đáp ứng được các yêu cầu cho trên bởi MOFs với các đặc trưng cấu trúc như diện tích bề mặt riêng lớn, tính chất của lỗ xốp (kích thước, thể tích, loại nhóm chức hóa học) có thể điều chỉnh được. Một nghiên cứu trước đây cho thấy một số loại MOFs có thể hấp phụ chọn lọc H2 từ hỗn hợp với N2 ở 77 K theo cơ chế chọn lọc kích thước/hình dạng như Mn(HCOO)2, Sm4Co3(pyta)6(H2O)x (H3pyta = 2,4,6-pyridinetricarboxylic acid) [12, 13].

Một trong những vị trí được quan tâm trong cấu trúc của MOFs là các tâm kim loại chuyển tiếp. Tâm kim loại được đánh giá có khả năng đóng vai trò như acid Lewis trong nhiều phản ứng hữu cơ. Một số báo cáo chỉ ra rằng tâm Cu, Zn, Fe làm xúc tác cho một số phản ứng như chuyển hoá α-pinene oxide [14], acetal hoá benzaldehyde [15, 16], epoxy hoá alkene [17, 18], cộng mở vòng epoxy [19 - 22]. Ngoài ra, MOFs còn có khả năng hấp thụ ánh sáng và được sử dụng như chất xúc tác quang cho các phản ứng tổng hợp hữu cơ.

Năm 2007, Alvaro đã nghiên cứu sự phân hủy quang hóa của phenol trong dung dịch nước với MOF‐5 có vai trò là chất xúc tác cho phản ứng [23]. Trong một báo cáo trước đây, Dan-Hardi [24] đã tổng hợp MIL‐125 (Ti) có khả năng xúc tác quang vào năm 2009. Và điều này đã mở ra một hướng nghiên cứu mới về khả năng quang xúc tác dựa trên các loại vật liệu Ti-MOF. Thông thường, các MOFs tâm kim loại Zr thường thể hiện tính ổn định cao.

Năm 2010, Gomes Silva [25] tổng hợp vật liệu UiO‐66 (Zr) [26] và được ứng dụng trong quá trình phân tách nước từ phản ứng quang hóa. Một số MOFs có ứng dụng trong lĩnh vực y sinh nhờ vào các tính chất phù hợp như không độc, có khả năng phân hủy sinh học, không bị biến tính khi vào cơ thể, đáp ứng đủ các tiêu chuẩn tương thích sinh học. Thời gian phân hủy của MOFs tương đối ngắn có thể từ sau vài giờ như MIL-101(Fe) [27], Bio-MIL-1 [28] nên không gây ra tác hại cho cơ thể. Ngoài ra, MOFs còn có các tính chất như ưa nước hoặc kị nước, có các tâm kim loại mở và độ xốp lớn cho khả năng chứa thuốc lớn (so với các hệ 5 Đồng Cao Hiếu Luận văn thạc sĩ dẫn truyền khác như liposome, polymer, zeolite, …).

Và MOFs có khả năng giải hấp dưới các điều kiện vật lý nhất định làm tăng hiệu quả khi sử dụng thuốc. Hai loại MOFs là MIL-100(Cr), MIL-101(Cr) [29] đã được nghiên cứu để mang Ibuprofen, 2-[4-(2-methylpropyl)phenyl]-propanoic axit, một loại thuốc giảm đau và chống viêm. Một ứng dụng khác là Zn-MOFs mang các cầu nối amino axit [30] hay MOFs mang cầu nối là dẫn xuất adenine [31] và peptide [32].2 Mục đích nghiên cứu Năm 2016, Tiến sĩ Nguyễn Lạc Hà và các đồng nghiệp [11] đã tổng hợp một cấu trúc MOFs mới dựa trên nhóm liên kết Imine và cụm tâm kim loại Ti-oxo hexameric và được đặt tên là MOF-901. Vật liệu này được nghiên cứu ứng dụng làm chất xúc tác quang trong phản ứng trùng hợp quang hóa của Methyl Methacrylate (MMA) trong vùng ánh sáng khả kiến.

Sản phẩm poly-MMA thu được có khối lượng mol trung bình cao và chỉ số phân tán poly thấp. Kết quả này tốt hơn so với các chất xúc tác quang hóa có sẵn trên thị trường như P-25 TiO2 [11]. Ngoài ra, chất xúc tác có thể được phân lập, tái sử dụng và tái chế mà không làm giảm hiệu suất. Ứng dụng này có được nhờ vào đặc tính MOF-901 có độ rộng vùng cấm là 2.65 eV, tức là có khả năng hấp thụ ánh sáng trong khoảng bước sóng từ 340 đến 550nm với cực đại hấp thụ nằm ở 360nm.