I. Nghiên cứu tổng hợp ligand carboxylic
Nghiên cứu tổng hợp ligand carboxylic là trọng tâm của đề tài, nhằm tạo ra các tiền chất cho vật liệu MOFs mới. Các ligand carboxylic được tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ như methyl 4-aminobenzoate và terephthaloyl chloride. Quá trình tổng hợp bao gồm các bước phản ứng hóa học như acyl hóa và ester hóa, được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ phòng với sự hỗ trợ của dung môi hữu cơ. Các sản phẩm được tinh chế và kiểm tra độ tinh khiết bằng kỹ thuật sắc ký bản mỏng. Ligand carboxylic trong MOFs đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc xốp của vật liệu, tạo điều kiện cho các ứng dụng trong lưu trữ khí và xúc tác.
1.1. Phương pháp tổng hợp
Phương pháp tổng hợp ligand carboxylic bao gồm phản ứng acyl hóa giữa terephthaloyl chloride và methyl 4-aminobenzoate trong dung môi CH2Cl2. Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ, sau đó dung môi được loại bỏ bằng máy cô quay chân không. Sản phẩm được rửa bằng nước để loại bỏ tạp chất. Tổng hợp vật liệu MOFs từ các ligand này đòi hỏi sự kết hợp với muối kim loại để tạo thành cấu trúc khung hữu cơ-kim loại.
1.2. Phân tích cấu trúc
Các ligand carboxylic được phân tích cấu trúc bằng các kỹ thuật phổ như FT-IR, NMR và MS. Phổ FT-IR xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức carboxylate và amide. Phổ NMR cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử và độ tinh khiết của sản phẩm. Cấu trúc MOFs được hình thành từ các ligand này có tính xốp cao, phù hợp cho các ứng dụng trong lưu trữ khí và xúc tác.
II. Vật liệu MOFs mới
Vật liệu MOFs mới được tổng hợp từ các ligand carboxylic có cấu trúc đa dạng và tính chất xốp cao. Các MOFs này được ứng dụng trong lưu trữ khí, xúc tác và phân tách khí. Công nghệ MOFs đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, với nhiều nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và tính ổn định của vật liệu. Các MOFs mới được tổng hợp từ các ligand carboxylic có khả năng hấp phụ khí CO2 và methane ở nhiệt độ phòng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp năng lượng và môi trường.
2.1. Ứng dụng trong lưu trữ khí
Vật liệu MOFs mới có khả năng lưu trữ khí hydrogen, CO2 và methane với hiệu suất cao. Các nghiên cứu cho thấy MOF-177 có thể lưu trữ 7.7 wt% hydrogen ở 77K và 33.5 mmol/g CO2 ở nhiệt độ phòng. Ứng dụng ligand carboxylic trong tổng hợp MOFs giúp tăng diện tích bề mặt và kích thước lỗ xốp, cải thiện khả năng hấp phụ khí.
2.2. Ứng dụng trong xúc tác
Các MOFs được tổng hợp từ ligand carboxylic có khả năng xúc tác các phản ứng hóa học như acyl hóa và Knoevenagel. MOF-5 và MOF-199 đã được chứng minh là có hoạt tính xúc tác cao, độ chọn lọc sản phẩm tốt và khả năng tái sử dụng. Phát triển vật liệu mới từ ligand carboxylic mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực xúc tác dị thể.
III. Tiền chất cho MOFs
Tiền chất cho MOFs bao gồm các ligand carboxylic và muối kim loại, là thành phần chính trong quá trình tổng hợp vật liệu MOFs. Các ligand carboxylic được thiết kế để có cấu trúc phù hợp với các ion kim loại, tạo thành khung hữu cơ-kim loại có tính xốp cao. Hóa học vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các tiền chất mới, nhằm cải thiện tính chất và hiệu suất của vật liệu MOFs.
3.1. Thiết kế ligand
Thiết kế ligand carboxylic đòi hỏi sự kết hợp giữa các nhóm chức carboxylate và amide để tạo ra cấu trúc phù hợp với các ion kim loại. Các ligand này được tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ như methyl 4-aminobenzoate và terephthaloyl chloride. Ligand carboxylic trong MOFs giúp tăng tính linh hoạt và kích thước lỗ xốp của vật liệu.
3.2. Tổng hợp MOFs
Quá trình tổng hợp MOFs từ các ligand carboxylic bao gồm phản ứng giữa ligand và muối kim loại trong dung môi hữu cơ. Các phương pháp tổng hợp như thủy nhiệt, vi sóng và siêu âm được sử dụng để tạo ra vật liệu có cấu trúc tinh thể và tính xốp cao. Cấu trúc MOFs được hình thành từ các ligand này có tiềm năng ứng dụng trong lưu trữ khí và xúc tác.
