Luận án tiến sĩ về ZIF-67: Tổng hợp và ứng dụng trong hóa học vật liệu

• Tác giả: Huỳnh Trường Ngọ
• Người hướng dẫn: GS. Đinh Quang Khiếu
• Trường học: Đại học Huế
• Chuyên ngành: Hóa Lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu ZIF-67: Tổng Hợp và Ứng Dụng Trong Hóa Học Vật Liệu
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Huế

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ-KIM LOẠI
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu ZIF 67

Vật liệu ZIF-67 (Zeolite Imidazolate Framework-67) là một loại khung hữu cơ-kim loại (MOF) được cấu tạo từ ion kim loại Co2+ và phối tử hữu cơ imidazole. Vật liệu này nổi bật với cấu trúc tinh thể xốp, có diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng hấp phụ tốt. ZIF-67 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như lưu giữ và tách khí, xúc tác, và cảm biến hóa học. Tuy nhiên, vật liệu này cũng gặp phải một số hạn chế như độ bền nhiệt kém và độ dẫn điện thấp, điều này ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng trong hóa học vật liệu và catalysis. Do đó, việc cải tiến và phát triển các vật liệu composite từ ZIF-67 là cần thiết để nâng cao tính năng của nó.

1.1. Tính chất và cấu trúc của ZIF 67

Cấu trúc của ZIF-67 cho phép nó có khả năng hấp phụ các phân tử nhỏ nhờ vào hệ thống mao quản đồng đều. Vật liệu này có thể được tổng hợp từ nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp thủy nhiệt là phổ biến nhất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ZIF-67 có khả năng hấp phụ cao đối với các chất hữu cơ, đặc biệt là các phẩm nhuộm, nhờ vào sự tương tác giữa các nhóm chức trong cấu trúc của nó. Những tính chất này khiến ZIF-67 trở thành một ứng viên lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực hóa học vật liệu.

II. Tổng hợp vật liệu nano composite từ ZIF 67

Nghiên cứu đã tiến hành tổng hợp các vật liệu nano composite như ZIF-67/rGO, ZIF-67/g-C3N4, và Fe3O4/ZIF-67. Những vật liệu này không chỉ cải thiện tính chất điện hóa mà còn nâng cao khả năng hấp phụ. ZIF-67/rGO kết hợp giữa ZIF-67 và graphene oxide dạng khử, tạo ra một vật liệu có khả năng dẫn điện tốt và tính chất hóa lý ổn định. Việc sử dụng ZIF-67/g-C3N4 trong phân tích điện hóa cho thấy khả năng phát hiện Rhodamine B và các hợp chất khác với độ nhạy cao. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng ZIF-67 trong các thiết bị cảm biến và phân tích hóa học.

2.1. Phương pháp tổng hợp

Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano composite từ ZIF-67 bao gồm phương pháp thủy nhiệt và phương pháp kết tủa. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh điều kiện tổng hợp như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ các thành phần là rất quan trọng để đạt được các đặc tính mong muốn. Hơn nữa, việc biến tính ZIF-67 bằng các vật liệu dẫn điện như rGO và g-C3N4 giúp cải thiện đáng kể khả năng dẫn điện và khả năng hấp phụ của vật liệu. Sự kết hợp này không chỉ mang lại lợi ích về mặt lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như hóa học vật liệu và catalysis.

III. Ứng dụng của ZIF 67 trong phân tích hóa học

Vật liệu ZIF-67 và các composite của nó đã được nghiên cứu ứng dụng trong phân tích điện hóa, đặc biệt là trong việc xác định các hợp chất như Rhodamine B, Uric Acid, và Acetaminophen. Các phương pháp điện hóa như volt-ampere hòa tan đã được áp dụng với các điện cực biến tính từ ZIF-67. Kết quả cho thấy các điện cực này có độ nhạy cao và có khả năng phát hiện các chất phân tích ở nồng độ thấp, điều này có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân tích hóa học và môi trường.

3.1. Phân tích điện hóa với ZIF 67

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng điện cực biến tính từ ZIF-67 giúp cải thiện đáng kể độ nhạy và độ chọn lọc trong phân tích điện hóa. Các thí nghiệm cho thấy rằng điện cực ZIF-67/rGO có khả năng phát hiện Rhodamine B với giới hạn phát hiện thấp, trong khi điện cực ZIF-67/g-C3N4 cho phép xác định đồng thời Uric Acid và Acetaminophen. Những kết quả này chứng minh rằng ZIF-67 có thể được ứng dụng hiệu quả trong các thiết bị cảm biến hóa học, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực hóa học vật liệu.