Luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học nghiên cứu hoạt tính xúc tác của mof zn 3 5 pdc trong phản ứng dihydro benzimidazole và của mof 199 trong phản ứng ghép đôi ulmann

Luận văn về ứng dụng MOF Zn-(3,5PDC) & MOF-199 làm xúc tác cho phản ứng Dihydro Benzimidazole & ghép đôi Ulmann. Nghiên cứu công nghệ hóa học chuyên sâu.

• Tác giả: Phạm Tấn Lộc
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Khánh Duy
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hoá Học
• Đề tài: Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của MOF Zn-(3,5PDC) trong phản ứng dihydro benzimidazole và của MOF-199 trong phản ứng ghép đôi Ulmann
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Xúc Tác MOF Vật Liệu Tiềm Năng Ứng Dụng

Vật liệu Metal-Organic Frameworks (MOFs), hay còn gọi là khung hữu cơ kim loại, đang thu hút sự quan tâm lớn trong giới khoa học và công nghiệp. Đây là vật liệu xốp với cấu trúc tinh thể độc đáo, được hình thành từ các ion kim loại liên kết với các phân tử hữu cơ (ligand). Cấu trúc này tạo ra những lỗ xốp có kích thước nano, mang đến diện tích bề mặt cực lớn, có thể lên đến 6000 m²/g. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xúc tác, lưu trữ khí, hấp phụ chọn lọc và cảm biến. MOFs khắc phục những hạn chế của các vật liệu vô cơ truyền thống như zeolit, nhờ khả năng điều chỉnh kích thước và chức năng của lỗ xốp. Nhóm nghiên cứu của GS. Omar Yaghi tại UCLA là những người tiên phong trong lĩnh vực này. Hàng ngàn cấu trúc MOF khác nhau đã được phát triển, mở ra một hướng đi mới đầy hứa hẹn cho ngành hóa học và vật liệu. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nghiên cứu về MOFs vẫn còn hạn chế và cần được đầu tư phát triển.

1.1. Cấu Trúc Đặc Biệt và Tính Chất Nổi Bật Của MOFs

MOFs nổi bật với cấu trúc xốp, tinh thể và diện tích bề mặt lớn. Tính chất này cho phép MOFs có khả năng lưu trữ và hấp thụ các chất khí một cách hiệu quả. Cấu trúc của chúng được hình thành từ sự kết hợp giữa các ion kim loại và cầu nối hữu cơ. Nhờ tính linh hoạt trong việc điều chỉnh thành phần và cấu trúc, các nhà khoa học có thể tạo ra MOFs với các tính chất mong muốn.

1.2. Ứng Dụng Đa Dạng Của Vật Liệu MOFs

Ngoài tiềm năng trong xúc tác, MOFs còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác. Chúng được sử dụng để lưu trữ khí hydrogen, methane, và carbon dioxide. MOFs cũng được sử dụng trong các thiết bị cảm biến, màng lọc và vật liệu phát quang. Sự đa dạng trong ứng dụng này chứng tỏ tiềm năng to lớn của MOFs trong việc giải quyết các thách thức trong năng lượng, môi trường và công nghệ.

1.3. Tổng Quan Về Phương Pháp Tổng Hợp Vật Liệu MOFs

Phương pháp nhiệt dung môi là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp MOFs. Phương pháp này sử dụng dung môi như nước, ethanol, DMF và acetonitrile ở nhiệt độ từ phòng đến 250oC. Quá trình này cho phép tạo ra các tinh thể MOF có độ tinh khiết cao, phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

II. Cách Nhận Biết Thách Thức Cơ Hội Phát Triển Xúc Tác MOF

Mặc dù MOFs sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, việc ứng dụng chúng trong thực tế vẫn còn gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là độ bền của MOFs trong điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Nhiều MOFs dễ bị phân hủy khi tiếp xúc với nước, nhiệt độ cao hoặc các hóa chất mạnh. Bên cạnh đó, chi phí tổng hợp MOFs còn khá cao, gây cản trở việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Tuy nhiên, những thách thức này cũng mở ra cơ hội nghiên cứu và phát triển các loại MOFs bền vững hơn, hiệu quả hơn và có giá thành hợp lý hơn. Việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp mới, sử dụng các vật liệu rẻ tiền và thân thiện với môi trường là một hướng đi đầy tiềm năng. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng Zn-(3,5PDC) và MOF-199 làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học cụ thể.

2.1. Những Hạn Chế Về Độ Bền Của Vật Liệu MOFs

Độ bền của MOFs là một trong những vấn đề quan trọng cần được giải quyết. Nhiều MOFs dễ bị phân hủy trong môi trường ẩm, nhiệt độ cao, hoặc khi tiếp xúc với các hóa chất mạnh. Điều này làm hạn chế ứng dụng của chúng trong một số phản ứng hóa học nhất định. Để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp cải thiện độ bền của MOFs bằng cách thay đổi thành phần và cấu trúc của chúng.

2.2. Vấn Đề Chi Phí Trong Tổng Hợp Vật Liệu MOFs

Chi phí tổng hợp MOFs là một rào cản lớn đối với việc ứng dụng rộng rãi của chúng trong công nghiệp. Các vật liệu ban đầu và quy trình tổng hợp phức tạp có thể làm tăng chi phí sản xuất. Để giảm chi phí, các nhà khoa học đang tìm kiếm các phương pháp tổng hợp mới sử dụng các vật liệu rẻ tiền hơn và quy trình đơn giản hơn.

2.3. Tiềm Năng Phát Triển Xúc Tác MOF Bền Vững và Hiệu Quả

Những thách thức về độ bền và chi phí cũng mở ra cơ hội phát triển MOFs bền vững hơn và hiệu quả hơn. Việc nghiên cứu các phương pháp tổng hợp mới, sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường và cải thiện độ bền của MOFs sẽ mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực.

III. Hướng Dẫn Ứng Dụng Zn 3 5PDC và MOF 199 Làm Xúc Tác

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng hai loại MOFs cụ thể: Zn-(3,5PDC) và MOF-199, làm chất xúc tác dị thể cho các phản ứng hóa học. Zn-(3,5PDC), với tâm kẽm, được khảo sát trong phản ứng dihydro benzimidazole. MOF-199, còn được gọi là HKUST-1 với tâm đồng, được sử dụng trong phản ứng ghép đôi Ulmann. Cả hai phản ứng này đều có vai trò quan trọng trong hóa học hữu cơ. Ưu điểm của việc sử dụng MOFs làm xúc tác là khả năng dễ dàng tách xúc tác khỏi hỗn hợp phản ứng và tái sử dụng nhiều lần. Điều này giúp giảm thiểu chất thải và tiết kiệm chi phí. Nghiên cứu cũng khảo sát các điều kiện tối ưu cho các phản ứng này, bao gồm tỉ lệ mol tác chất, hàm lượng xúc tác, loại dung môi và nhiệt độ.

3.1. Ứng Dụng Zn 3 5PDC Trong Phản Ứng Dihydro Benzimidazole

Zn-(3,5PDC) được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng dihydro benzimidazole, một phản ứng quan trọng trong hóa học hữu cơ. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như tỉ lệ mol tác chất, hàm lượng xúc tác và loại dung môi đến hiệu suất phản ứng. Kết quả cho thấy Zn-(3,5PDC) có hoạt tính xúc tác tốt và có thể tái sử dụng nhiều lần.

3.2. MOF 199 HKUST 1 Trong Phản Ứng Ghép Đôi Ulmann

MOF-199 (HKUST-1) được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng ghép đôi Ulmann, một phản ứng quan trọng để tạo liên kết C-O. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, hàm lượng xúc tác, tỉ lệ mol tác chất và loại base đến hiệu suất phản ứng. Kết quả cho thấy MOF-199 có hoạt tính xúc tác tốt và có thể tái sử dụng.

3.3. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Phản Ứng Xúc Tác MOF

Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng để đạt được hiệu suất cao nhất. Các yếu tố như tỉ lệ mol tác chất, hàm lượng xúc tác, loại dung môi và nhiệt độ được khảo sát một cách chi tiết. Kết quả cho phép xác định các điều kiện tối ưu cho cả hai phản ứng, dihydro benzimidazole và ghép đôi Ulmann.

IV. Phương Pháp Tổng Hợp và Đặc Trưng Vật Liệu Xúc Tác MOF

Luận văn này trình bày chi tiết quy trình tổng hợp hai loại MOFs, đó là MOF-Zn(3,5PDC) và MOF-199 theo phương pháp nhiệt dung môi. MOF-Zn(3,5PDC) được tổng hợp từ kẽm nitrate hexahydrate và acid 3,5-pyridine dicarboxylic, trong khi MOF-199 được tổng hợp từ đồng nitrate trihydrate và acid 1,3,5-benzenetricarboxylic. Các vật liệu sau đó được đặc trưng bằng nhiều phương pháp khác nhau như nhiễu xạ Röntgen (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR), phương pháp hấp phụ khí N2, và quang phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa (AAS). Các kết quả này cho phép xác định cấu trúc, độ xốp, diện tích bề mặt và các tính chất khác của vật liệu.

4.1. Quy Trình Tổng Hợp MOF Zn 3 5PDC và MOF 199

Quy trình tổng hợp MOF-Zn(3,5PDC) và MOF-199 được thực hiện theo phương pháp nhiệt dung môi. Các vật liệu ban đầu được trộn lẫn trong dung môi và đun nóng trong một thời gian nhất định. Sau đó, sản phẩm được lọc, rửa và sấy khô để thu được MOFs tinh khiết.

4.2. Phương Pháp Đặc Trưng Cấu Trúc Vật Liệu MOF XRD SEM TEM

Các phương pháp đặc trưng cấu trúc như XRD, SEM và TEM được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể, hình thái học và kích thước hạt của MOFs. XRD cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể, SEM cho phép quan sát hình dạng và kích thước hạt, trong khi TEM cho phép quan sát cấu trúc bên trong của vật liệu.

4.3. Phân Tích Tính Chất Vật Lý Hóa Học Của MOF TGA FT IR AAS

Các phương pháp phân tích tính chất vật lý hóa học như TGA, FT-IR và AAS được sử dụng để xác định độ bền nhiệt, thành phần hóa học và diện tích bề mặt của MOFs. TGA cho phép xác định độ bền nhiệt, FT-IR cung cấp thông tin về các nhóm chức có mặt trong vật liệu, và AAS được sử dụng để xác định hàm lượng kim loại.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Hoạt Tính Xúc Tác Của MOF Trong Phản Ứng

Nghiên cứu đã chứng minh rằng MOF-Zn(3,5PDC) và MOF-199 là chất xúc tác dị thể hiệu quả cho các phản ứng dihydro benzimidazole và ghép đôi Ulmann. Các xúc tác MOFs này có thể dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng và tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm đáng kể hoạt tính xúc tác. Hơn nữa, nghiên cứu đã chứng minh rằng không có sự đóng góp từ hoạt tính của các mẫu xúc tác acid đồng thể vào dung dịch phản ứng. Điều này khẳng định tính dị thể của các xúc tác MOFs và mở ra tiềm năng ứng dụng của chúng trong các phản ứng hóa học khác.

5.1. Khảo Sát Hoạt Tính Xúc Tác Của MOF Zn 3 5PDC Cho Phản Ứng

Nghiên cứu đã khảo sát hoạt tính xúc tác của MOF-Zn(3,5PDC) trong phản ứng tổng hợp 2,2-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzo[d]imidazole. Các yếu tố như tỷ lệ mol tác chất, hàm lượng xúc tác và loại dung môi đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy MOF-Zn(3,5PDC) có hoạt tính xúc tác tốt và có thể tái sử dụng.

5.2. Đánh Giá Hoạt Tính Xúc Tác Của MOF 199 Trong Phản Ứng Ulmann

Nghiên cứu cũng đánh giá hoạt tính xúc tác của MOF-199 trong phản ứng Ulmann ghép đôi giữa C-O. Các yếu tố như nhiệt độ, hàm lượng xúc tác, tỷ lệ mol tác chất và loại base đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy MOF-199 có hoạt tính xúc tác tốt và có thể tái sử dụng.

5.3. Nghiên Cứu Khả Năng Tái Sử Dụng Xúc Tác MOF

Nghiên cứu đã chứng minh rằng cả MOF-Zn(3,5PDC) và MOF-199 đều có thể tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm đáng kể hoạt tính xúc tác. Điều này là một ưu điểm quan trọng của xúc tác MOFs so với các loại xúc tác khác.

VI. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Vật Liệu Xúc Tác MOF

Nghiên cứu này đã thành công trong việc tổng hợp và ứng dụng MOF-Zn(3,5PDC) và MOF-199 làm chất xúc tác dị thể cho các phản ứng hóa học quan trọng. Kết quả cho thấy MOFs là vật liệu đầy hứa hẹn trong lĩnh vực xúc tác nhờ khả năng dễ dàng điều chỉnh cấu trúc và tính chất, cũng như khả năng tái sử dụng. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ bền và giảm chi phí tổng hợp MOFs, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và các lĩnh vực khác. Việc tập trung vào nghiên cứu cơ chế phản ứng và phát triển các loại MOFs mới với hoạt tính xúc tác cao hơn cũng là một hướng đi quan trọng.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Về Xúc Tác MOF

Nghiên cứu đã chứng minh rằng MOF-Zn(3,5PDC) và MOF-199 có thể được sử dụng làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học. Kết quả này góp phần vào việc mở rộng ứng dụng của MOFs trong lĩnh vực xúc tác.

6.2. Triển Vọng Phát Triển Và Ứng Dụng Xúc Tác MOF

Trong tương lai, MOFs có tiềm năng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xúc tác, lưu trữ khí, hấp phụ và cảm biến. Việc cải thiện độ bền và giảm chi phí tổng hợp MOFs sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới.

6.3. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Xúc Tác MOF

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về xúc tác MOFs bao gồm việc nghiên cứu cơ chế phản ứng, phát triển các loại MOFs mới với hoạt tính xúc tác cao hơn, và cải thiện độ bền của MOFs.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU KHUNG CƠ KIM MOFs.1 Giới thiệu chung về MOFs Vật liệu khung hữu cơ kim loại MOFs (Metal organic frameworks) là vật liệu có cấu trúc xốp cao được tạo thành khi các ligand carboxylate hữu cơ gắn kết với các khung 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 tỉ trọng thấp và diện tích bề mặt cao.

Bằng cách thay đổi các cầu nối hữu cơ hoặc ion kim loại người ta có thể thay đổi được kích thước lỗ xốp của vật liệu mà qua đó điều chế được các vật liệu xốp có khả năng hấp thụ chọn lọc. Vật liệu MOFs được nghiên cứu nhiều bởi nhóm của GS Omar Yaghi tại Trường Đại học California (UCLA), Hoa Kỳ. Từ những đề xuất về tổng hợp dựa trên sự tương tự về cấu trúc mà các giáo sư đưa ra [1], hàng chục ngàn cấu trúc MOF khác nhau đã được phát triển dựa trên sự đồng dạng về hình học khi thay đổi một vài yếu tố trong cấu trúc vật liệu. Một trong các đặc điểm nổi bật của vật liệu MOF là bề mặt riêng cực lớn tới 6000g/m2 và với trạng thái rỗ cực kỳ cao lên tới 90% thể tích tự do.

Những tính chất này làm cho MOF có một ứng dụng tiềm năng trong năng lượng sạch, sự lưu trữ khí như hydrogen và methane [2]. Ngoài ra, MOFs cũng đang được nghiên cứu những ứng dụng trong màng, những thiết bị màng phim mỏng, xúc tác [3]. Tổng hợp MOFs thường được thực hiện bằng phương pháp nhiệt dung môi. Hỗn hợp liên kết hữu cơ và muối kim loại trong hệ thống dung môi được đun nóng 2 hàng giờ tới hàng tuần.

Phương pháp này thường có hiệu suất tinh thể phù hợp cho phân tích nhiễu xạ X-ray. Không giống các vật liệu rắn khác như zeolites, carbons, oxides, MOFs có tính dẻo và độ giãn khung cao do tương tác với các phân tử khác.Tính chất xốp, diện tích bề mặt, kích thước lỗ xốp, thành phần cấu tạo vô cơ - hữu cơ rộng lớn tạo sự chú ý của các nhà nghiên cứu trong tất cả các lĩnh vực bao gồm các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công nghiệp [4]. MOFs được xác định là vật liệu có cấu trúc tinh thể đồng đều nhất do có cấu trúc vách ngăn ở dạng phân tử. Cấu trúc này khác với cấu trúc có vách ngăn trong cấu trúc vật liệu xốp vô cơ thông thường.

1 Số lần xuất bản MOFs trong thập niên qua [5]. Do có kích thước lỗ xốp và khung có thể được điều chỉnh qua các phản ứng khác nhau nên MOFs được dùng làm tâm xúc tác rắn cho một số phản ứng hóa học. Tuy nhiên, dù một số lượng lớn MOFs đã được biết đến nhưng cho tới nay chỉ một vài trong số này được kiểm tra hoạt tính xúc tác. Đây là một thách thức lớn để tìm hiểu sự 3 ảnh hưởng của những tâm kim loại, các phối tử, sự tương tác giữa kim loại - phối tử, sự khác nhau về kích thước hạt [6].

2 :Xúc tác MOF tâm Zn có độ chọn lọc sản phẩm cao [6].2 Các phương pháp tổng hợp vật liệu MOFs Cấu trúc tinh thể tinh thể MOF được hình thành bằng sự kết hợp giữa các ion kim loại (kiềm, các kim loại chuyển tiếp) và cầu nối hữu cơ như polycarboxylic, bipyridines và polyazaheterocycles để tạo ra các cấu trúc hình học khác nhau. Do đó quá trình tổng hợp MOF thường được tiến hành bằng cách sử dụng hai dung dich chứa kim loại và thành phần hữu cơ, dung môi tinh khiết hoặc sự khuấy trộn phù hợp giữa các loại dung môi với nhau [7] [8] [9]. Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp MOFs từ phương pháp bốc hơi dung môi đến phương pháp hiện đại như phương pháp truyền ánh sáng, phương pháp vi sóng [10] và phương pháp siêu âm [6]. Phổ biến nhất vẫn là phương pháp nhiệt dung môi.

Phương pháp nhiệt dung môi trong tổng hợp MOFs thường sử dụng các dung môi như nước, ethanol, methanol, dimethylformamide (DMF) hoặc acetonitrile…với 4 nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 250oC. Quá trình hình thành MOF theo phương pháp này được mô tả theo hình 1. 3 : Sự hình thành MOFs bởi sự phối trí giữa ligand hữu cơ và kim loại trung tâm.3 Ứng dụng vật liệu MOFs MOFs đã thu hút sự quan tâm lớn trong thập niên qua, có thể thấy được từ sự gia tăng số lượt xuất bản về các ứng dụng tích trữ khí, tách khí, xúc tác chọn lọc đồng phân đối quang, vật liệu phát quang và huỳnh quang… [3]. Các nhà nghiên cứu cho thấy rằng MOFs không chỉ là vật liệu xốp dùng để lưu trữ khí hay hấp phụ khí mà còn có ứng quan trọng khác là xúc tác.

Chính vì vậy, vật liệu MOFs đang được mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực xúc tác với hy vọng có thể phát triển MOFs làm xúc tác trên quy mô công nghiệp.1 Lưu trữ khí Lưu giữ khí trong MOFs đã trở thành một trong những ứng dụng nghiên cứu tích cực của lớp vật liệu mới này. MOFs dễ dàng lưu trữ khí là nhờ vật liệu có cấu trúc xốp, tinh thể có diện tích lớn bề mặt bên trong lớn. 4: Ba khung cầu nối hữu cơ phổ biến được nghiên cứu cho sự hấp thụ khí: IRMOF-1 (trái), MOF-177 (giữa), và HKUST-1 (phải). Ngoài ra, MOFs còn được tổng hợp theo kiểu modul đàn hồi, có thể kết hợp các nút mạng lại với nhau và các cầu nối hữu cơ để tạo ra một số loại vật liệu với các loại khung khác nhau cho hấp thụ các loại khí khác nhau.

Ngày nay, các vật liệu MOFs đã được tổng hợp với diện tích bề mặt cao trên 6000 m2/g vả chúng đã thể hiện sự hấp thụ với nhiều loại khí khác nhau [11, 12]. Các phân tử khí chủ yếu hấp thụ trên bề mặt MOF tương tác với các nguyên tử trên khung thông qua lực tương tác và đẩy nhau. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách cải tiến sự lưu trữ khí bằng cách điều chỉnh sự tương tác giữa phân tử khí với khung kim loại. Điều này có thể thực hiện bằng cách liên kết nhiều khung lại với nhau [13] [14], bao gồm các kim loại mở không bào hòa trên các nút mạng [15, 16] và kết hợp các nhóm chức khác nhau (bao gồm các vị trí cation kim loại ) trong các cầu nối hữu cơ.

Do khả năng lưu trữ khí của MOFs lớn nên được dùng để MOFs để lưu trữ khí hydrogen 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. Yaghi và các cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ hydrogen của 7 loại vật liệu MOFs tại 77K. Kết quả thấp nhất với MOF-74, sự hấp phụ bão hòa 6 tại 26 bar là 2.3 wt% trong khi đó MOF-177 lên tới 70 – 80 bar và sự hấp phụ H2 là 7. 5 :Các đường hấp phụ đẳng nhiệt H2 trên các MOFs khác nhau [4].2 Hấp phụ khí có chọn lọc Sự hấp phụ khí chọn lọc xảy ra khi các chất có ái lực khác nhau lên bề mặt của chất hấp phụ.

Việc tách khí dựa vào độ chọn lọc hấp phụ, công nghệ tách khí bao gồm chưng cất nhiệt độ thấp, công nghệ màng, công nghệ hấp phụ. Quá trình hấp phụ khí này chủ yếu dựa trên hiệu ứng rây phân tử, vào độ mạnh tương tác khác nhau giữa chất bị hấp phụ với chất hấp phụ, chất bị hấp phụ với chất bị hấp phụ. PCN-17 với cấu trúc xuyên vào nhau và liên kết cầu sulfate làm lỗ xốp giảm xuống còn 3.5 Ǻ dẫn đến hấp phụ chọn lọc H2 và O2 hơn là N2 và Co. Vì vậy, có thể ứng dụng tách N2 và O2, tách H2 và Co trong pin nhiên liệu, tách H2 từ hỗn hợp khí N2, H2 [5].

6 Cấu trúc và khả năng chọn lọc khí của PCN-17. Ngoài ra một số nghiên cứu cho thấy rằng một vài khung cấu trúc MOFs linh động có kiểu hấp phụ đặc biệt như Cu(fma)(4,4’-bpe)0. Vật liệu này có cấu trúc linh động và đan xen vào nhau và vật liệu này hấp phụ H2 mà không hấp phụ N2, Ar và CO (hình 1. 7: Cấu trúc Cu(fma)(4,4’-bpe)0.3 Làm xúc tác cho phản ứng 8 Một hướng nghiên cứu khác cũng đang được sự quan tâm là sử dụng các vật liệu MOF có bề mặt riêng lớn làm chất xúc tác cho các phản ứng hóa học.

Tương tự như zeolite, trạng thái bề mặt riêng lớn và các lỗ xốp mở của MOF cho phép thâm nhập các chất nền vào các vị trí hoạt động hiện diện bên trong cấu trúc tinh thể. Một trong các điểm thuận lợi của MOF so với zeolites là sự đa dạng của các kim loại chuyển tiếp và các cầu nối hữu cơ mà có thể sử dụng cho tổng hợp MOF [21].1 Xúc tác với tâm kim loại hoạt tính Hoạt tính xúc tác được quan sát cho vật liệu này là liên quan trực tiếp đến thành phần kim loại cũng như các trung tâm kim loại riêng lẻ và các bó, chuỗi kết nối thông qua các cầu nối hữu cơ. Nhóm MOF này bao gồm các vật liệu chỉ với một kim loại hoạt động với vai trò là thành phần liên kết cấu trúc đồng thời với vai trò là vị trí hoạt động xúc tác. Loại xúc tác này có hoạt tính xúc tác trong các phản ứng hidro hóa, oxi hóa của các chất hữu cơ, oxi hóa CO thành CO2.

Tác giả Yinxi Zhou nghiên cứu tổng hợp ethyl methylcarbonate thông qua phản ứng transester hóa dimethyl carbonate và diethyl carbonate dùng Zn4O(BDC)3 như xúc tác acid Lewis. Kết quả Zn4O(BDC)3 xúc tác tốt phản ứng so với các xúc tác còn lại. Kết quả khảo sát leaching chứng tỏ đây là phản ứng xúc tác dị thể và có thể thu hồi tái sử dụng 3 lần mà không giảm hoạt tính đáng kể [22]. 1: Phản ứng transester hóa DMC với DEC tạo EMC.

Zhang và cộng sự tổng hợp các MOFs chứa phức base Schiff Au(III) làm xúc tác cho phản ứng ghép đôi và tạo vòng trong pha lỏng. Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt tính xúc tác của IRMOF-3-SI-Au cao hơn so với xúc tác đồng thể [23]. 8: Tổng hợp MOF chứa base Schiff Au(III). Tác giả Amarajothi Dhakshinamoorthy và cộng sự khảo sát phản ứng oxy hóa hợp chất benzylic với t-butylhydroperoxide trong acetonitrile sử dụng xúc tác rắn Fe(BTC) và Cu3(BTC)2.