Ứng Dụng Vật Liệu Khung Cơ Kim Làm Xúc Tác Cho Phản Ứng Ghép Đôi C-Dị Tố

Luận văn về ứng dụng vật liệu MOF-235 trong xúc tác tổng hợp 1,5-benzodiazepines và α-acyloxy ethers. Nghiên cứu kỹ thuật hóa học chuyên sâu.

• Tác giả: Lê Đức Thuận
• Người hướng dẫn: GS. Phan Thanh Sơn Nam
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Ứng Dụng Vật Liệu Khung Cơ Kim Làm Xúc Tác Cho Phản Ứng Ghép Đôi C-Dị Tố
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan MOF 235 Vật liệu Xúc Tác Ghép C Dị Tố 55

Trong lĩnh vực xúc tác, thay thế xúc tác đồng thể bằng xúc tác dị thể là mục tiêu quan trọng. Điều này giúp đơn giản hóa quá trình tách chiết, tái sử dụng xúc tác, đồng thời góp phần vào hóa học xanh. Xúc tác dị thể đang phát triển mạnh mẽ, thu hút sự quan tâm nhờ ưu điểm vượt trội. MOF-235 nổi lên như một vật liệu đầy tiềm năng, sở hữu diện tích bề mặt lớn, hàm lượng tâm kim loại dày đặc và tính đa dạng cao nhờ khả năng thay đổi cấu trúc cầu nối hữu cơ hoặc nút kim loại. Nhóm nghiên cứu của GS.Phan Thanh Sơn Nam đã bắt đầu những khảo sát đầu tiên về vật liệu đầy tiềm năng này năm 2008. Việc tìm ra một loại xúc tác rắn có khả năng thu hồi và tái sử dụng nhiều lần đang là mục tiêu của các nhà khoa học.

1.1. Giới thiệu chung về vật liệu khung cơ kim MOFs

Vật liệu khung hữu cơ-kim loại MOFs là một họ vật liệu mới nổi, có ứng dụng to lớn với những ưu thế vượt trội về diện tích bề mặt riêng, kích thước lỗ xốp, tỷ trọng và đặc biệt hơn cả là mật độ tâm kim loại cao cũng như khả năng bắt giữ có chọn lọc một số phân tử vào trong cấu trúc xốp. MOFs đang trở thành một trong những đề tài nghiên cứu hấp dẫn trong lĩnh vực xúc tác. Với sự kết hợp những ưu điểm của cả vật liệu xốp vô cơ và hữu cơ truyền thống, vật liệu MOFs chứng minh được khả năng ứng dụng cao trong lĩnh vực xúc tác khi mà nó sở hữu tâm kim loại dày đặc, diện tích bề mặt riêng lớn thêm vào đó là khả năng tách, loại, thu hồi và tái sử dụng xúc tác nhiều lần.

1.2. Cấu trúc đặc trưng của vật liệu khung cơ kim MOFs

Họ vật liệu khung cơ kim được hình thành từ cầu nối hữu cơ đa chức gắn với nút hay cụm kim loại tạo ra một loại vật liệu giống như polymer có cấu trúc sắp xếp trật tự theo cả ba chiều không gian. Các nút mạng thường dùng là các cation kim loại như: Cu2+, Fe2+, Zn2+, Ni2+, Co2+, Mg2+, Mn2+, Cd2+, Mo2+, Al3+. Các dẫn xuất của acid carboxylic đa chức thường được dùng làm cầu nối cho việc tổng hợp vật liệu MOFs. Chính sự sắp xếp có trật tự giữa các nút mạng kim loại hay cụm kim loại với các cầu nối hữu cơ đã tạo cho vật liệu MOFs một thể tích lỗ trống lớn.

II. Vấn Đề Hạn Chế Của Xúc Tác Đồng Thể và Giải Pháp 58

Xúc tác đồng thể có ưu điểm về hoạt tính và cấu trúc đa dạng, tuy nhiên, tồn tại những hạn chế như sử dụng kim loại quý, khó thu hồi và tái sử dụng, gây tốn kém và ô nhiễm. Việc tìm kiếm xúc tác dị thể thay thế là cấp thiết, giúp đơn giản hóa tách chiết, tái sử dụng, giảm thiểu chất thải. MOF-235 nổi lên như giải pháp tiềm năng, khắc phục nhược điểm của zeolite và silica truyền thống, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về phản ứng và hiệu quả xúc tác.

2.1. Nhược điểm của xúc tác đồng thể trong phản ứng hữu cơ

Những hạn chế của xúc tác đồng thể gây tốn kém cho quá trình tổng hợp hữu cơ, chất thải kim loại nặng và vết kim loại tồn tại trong sản phẩm ảnh hưởng tới môi trường và sức khỏe con người. Do đó việc tìm ra các loại xúc tác dị thể để thay thế cho xúc tác đồng thể luôn là mục tiêu của các nhà khoa học. Bởi lẽ, việc sử dụng xúc tác dị thể giúp quá trình chiết, tách sản phẩm sau phản ứng dễ dàng hơn. Ngoài ra, những xúc tác rắn có độ bền cơ học, độ bền hóa học cao, diện tích bề mặt lớn có thể được thu hồi và tái sử dụng nhiều lần, giảm được các chất thải độc hại ra môi trường và tiết kiệm chi phí sản xuất. Do đó, xúc tác dị thể được xem là giải pháp góp phần “xanh hóa” phòng thí nghiệm và các quá trình sản xuất tổng hợp hóa chất trên quy mô công nghiệp.

2.2. MOF 235 như một giải pháp thay thế tiềm năng

Tuy nhiên việc tổng hợp các loại xúc tác dị thể gặp không ít khó khăn: điều kiện tổng hợp phức tạp, ít đa dạng, không thể đáp ứng hết những ứng dụng đồng thời… Bên cạnh đó việc sử dụng xúc tác dị thể gặp khá nhiều khó khăn về mặt truyền khối do hạn chế về diện tích tiếp xúc cũng như sự phân bố các tâm hoạt động. Hơn 20 năm qua các nhà khoa học đã đạt được những thành tựu đáng kể bằng việc sử dụng zeolite và silica làm xúc tác dị thể với vai trò là acid Lewis và chất mang cố định các tâm kim loại chuyển tiếp. Tuy nhiên zeolite và silica bị giới hạn bởi vách ngăn khá dày, tâm hoạt tính không đa dạng hay diện tích bề mặt không cao chưa kể đến quá trình tổng hợp zeolite và silica khá phức tạp và tốn kém

III. Cách Tổng Hợp MOF 235 Phương Pháp Nhiệt Dung Môi 52

Luận văn Thạc sĩ của Lê Đức Thuận đã tổng hợp vật liệu MOF-235 Fe3O(BDC)3 bằng phương pháp nhiệt dung môi (solvothermal method). Các phương pháp hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR) đã được sử dụng để phân tích tính chất hóa lý và cấu trúc của vật liệu. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng vật liệu MOF vào lĩnh vực xúc tác.

3.1. Quy trình tổng hợp và thuyết minh phương pháp

Vật liệu MOF-235 Fe3O(BDC)3 đã được tổng hợp bằng phương pháp nhiệt dung môi (solvothermal method). Tính chất hóa lý và cấu trúc của vật liệu được phân tích bằng các phương pháp hiện đại như: nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phổ hồng ngoại (FT-IR), phân tích quang phổ phát xạ plasma (ICP), hấp phụ vật lý.

3.2. Các phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu MOF 235

Vật liệu MOF-235 được sử dụng làm xúc tác dị thể cho phản ứng ngưng tụ đóng vòng giữa o-phenylenediamine và acetone để tạo thành dẫn xuất 1H-1,5-benzodiazepines và phản ứng tổng hợp α-acyloxy giữa 4- methoxybenzoic acid và 1,4 dioxane. Đặc biệt, sau phản ứng ứng, xúc tác đã được tách khỏi hỗn hợp phản ứng một cách dễ dàng và tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính không giảm đáng kể.

IV. Ứng Dụng MOF 235 Trong Phản Ứng Ghép C N Chi Tiết 59

MOF-235 được sử dụng làm xúc tác dị thể cho phản ứng ngưng tụ đóng vòng giữa o-phenylenediamine và acetone, tạo ra dẫn xuất 1H-1,5-benzodiazepines. Phản ứng diễn ra nhanh chóng, hiệu quả, điều kiện êm dịu. Xúc tác dễ dàng tách khỏi hỗn hợp, tái sử dụng nhiều lần mà hoạt tính không giảm đáng kể. Nghiên cứu chứng minh phản ứng xảy ra trên bề mặt xúc tác, tâm hoạt tính hòa tan không tham gia xúc tác. Kết quả đăng trên tạp chí Journal of Catalysis.

4.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng

Các yếu tố như nhiệt độ, hàm lượng xúc tác, tỷ lệ tác chất và cấu trúc dung môi đều ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng. So sánh với xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể khác cũng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của MOF-235. Khảo sát leaching phản ứng để đánh giá độ bền của xúc tác. Khảo sát thu hồi và tái sử dụng xúc tác để đánh giá khả năng tái sử dụng.

4.2. Mở rộng ứng dụng phản ứng ghép C N với MOF 235

Đã có nhiều công trình nghiên cứu để cải tiến phương pháp tổng hợp bằng cách thay đổi điều kiện xúc tác và tổng hợp xúc tác mới để nâng cao hiệu suất sản phẩm. Đây là lần đầu tiên MOF-235 được sử dụng cho phản ứng tổng hợp dẫn xuất 1H-1,5-benzodiazepines như xúc tác dị thể.

V. MOF 235 Xúc Tác Oxy Hóa Ghép C H Nghiên Cứu Sâu 55

MOF-235 còn thể hiện tiềm năng trong phản ứng oxy hóa ghép đôi C-H giữa 4-methoxybenzoic acid và 1,4-dioxane. Kết quả cho thấy phản ứng đạt độ chuyển hóa cao trong thời gian ngắn, điều kiện êm dịu. Tương tự phản ứng ghép C-N, xúc tác dễ dàng tái sử dụng, chứng minh tính bền vững và hiệu quả của MOF-235 trong các phản ứng hóa học khác nhau.

5.1. Ảnh hưởng của yếu tố phản ứng oxy hóa

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, hàm lượng xúc tác, tỷ lệ tác chất và chất oxy hóa. So sánh hiệu quả với xúc tác đồng thể và dị thể khác. Đánh giá khả năng leaching và tái sử dụng của MOF-235. Kết quả cho thấy MOF-235 có tiềm năng lớn trong phản ứng oxy hóa.

5.2. Ứng dụng MOF 235 trong phản ứng tổng hợp 1 4 dioxan 2 yl

Trong báo cáo này, tác giả nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lĩnh xúc tác của vật liệu MOFs. Vật liệu được tổng hợp bằng phương pháp nhiệt dung môi và xác định cấu trúc bằng các phương pháp phân tích hiện đại như: phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (FT - IR), phổ phát xạ plasma (ICP), đo diện tích bề mặt riêng (BET), phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)…

VI. Kết Luận Triển Vọng MOF 235 Trong Xúc Tác C Dị Tố 58

Nghiên cứu khẳng định tiềm năng to lớn của MOF-235 trong lĩnh vực xúc tác phản ứng ghép đôi C-dị tố. Khả năng tái sử dụng, hiệu quả xúc tác cao mở ra hướng đi mới cho hóa học xanh và các ứng dụng công nghiệp. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp, mở rộng ứng dụng của MOF-235 trong các phản ứng hữu cơ khác.

6.1. Tổng kết các kết quả nghiên cứu chính

Nghiên cứu đã chứng minh rằng phản ứng xảy ra trên bề mặt xúc tác dị thể và các tâm hoạt tính bị hòa tan vào dung dịch (nếu có) không tham gia xúc tác cho phản ứng. Các kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng ứng dụng của MOF-235 trong xúc tác dị thể.

6.2. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo

Việc tìm ra một loại xúc tác rắn có khả năng thu hồi và tái sử dụng nhiều lần đang là mục tiêu của các nhà khoa học. Trong báo cáo này, tác giả tiến hành tổng hợp vật liệu MOFs và khảo sát hoạt tính xúc tác trên phản ứng ghép đôi C-N để tổng hợp dẫn xuất 1H-1,5-benzodiazepines. Vật liệu có khả năng ứng dụng nhiều lĩnh vực bởi tính năng vượt trội hơn những vật liệu truyền thống như zeolite, than hoạt tính…

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Bằng việc sử dụng xúc tác dị thể để thay thế cho xúc tác đồng thể đang là mục tiêu của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực xúc tác, điều này không chỉ giúp quá trình chiết, tách và tinh chế sản phẩm trở nên dễ dàng hơn mà thêm vào đó là khả năng thu hồi và tái sử dụng xúc tác nhiều lần nhƣng hoạt tính vẫn giảm không đáng kể. Chính vì vậy thời gian gần đây lĩnh vực xúc tác dị thể đang phát triển hết sức mạnh mẻ và ngày càng thu hút đƣợc sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học bởi những ƣu điểm vƣợt trội mà xúc tác dị thể mang lại bên cạnh đó còn góp phần xây dựng một nền “hóa học xanh”. Tính cấp thiết và cơ sở khoa học của đề tài: Vật liệu khung hữu cơ - kim loại (MOFs) lần đầu tiên đƣợc biết đến vào năm 1959 nhƣng đến năm 1999 thì vật liệu này mới thực sự bùng nổ khi mà giáo sƣ O. Yaghi lần đầu tiên công bố hàng loạt các cấu trúc về vật liệu MOFs.

Đây đƣợc xem là bƣớc ngoặt lớn làm thay đổi diện mạo của ngành khoa học vật liệu rắn bởi MOFs sở hữu những đặc tính vƣợt trội mà các vật liệu xốp cổ điển không có nhƣ diện tích bề mặt riêng lớn, hàm lƣợng tâm kim loại dày đặc, tính trật tự nghiêm ngặt và đặc biệt là đa dạng nhờ khả năng thay đổi cấu trúc của cầu nối hữu cơ hay nút kim loại. Vì thế khoảng gần 2 thập kỉ qua khả năng ứng dụng của vật liệu MOFs trở nên rộng rãi, thu hút nhiều công trình nghiên cứu và đƣợc đăng trên các tạp chí uy tín nhƣ: Nature, Science, Journal of American Chemical Society. MOFs là một vật liệu mới đối với Việt Nam, trƣớc đây chƣa có công trình nào đƣợc công bố. Mãi đến năm 2008 nhóm nghiên cứu của GS.Phan Thanh Sơn Nam đã bắt đầu những khảo sát đầu tiên về vật liệu đầy tiềm năng này.

Đến nay đã có đã có đến gần 60 công trình đƣợc đăng trên tạp chí khoa học uy tín của quốc tế và rất nhiều công trình đƣợc công bố trên các tạp chí khoa học trong nƣớc. Mục tiêu của đề tài: Việc tìm ra một loại xúc tác rắn có khả năng thu hồi và tái sử dụng nhiều lần đang là mục tiêu của các nhà khoa học. Trong báo cáo này, tác 2 giả tiến hành tổng hợp vật liệu MOFs và khảo sát hoạt tính xúc tác trên phản ứng ghép đôi C-N để tổng hợp dẫn xuất 1H-1,5-benzodiazepines. Nội dung nghiên cứu: Vật liệu có khả năng ứng dụng nhiều lĩnh vực bởi tính năng vƣợt trội hơn những vật liệu truyền thống nhƣ zeolite, than hoạt tính… Báo cáo này tác giả nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lĩnh xúc tác của vật liệu MOFs.

Phƣơng pháp nghiên cứu: Vật liệu đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp nhiệt dung môi và xác định cấu trúc bằng các phƣơng pháp phân tích hiện đại nhƣ: phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (FT - IR), phổ phát xạ plasma (ICP), đo diện tích bề mặt riêng (BET), phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA)… Ý nghĩa thực tiễn: 1H-1,5-benzodiazepines có nhiều ứng dụng quan trọng trong y dƣợc và ngành công nghiệp hóa học đƣợc tổng hợp bằng phản ứng ghép đôi C-N giữa o-phenylenediamine và acetone. Đã có nhiều công trình nghiên cứu để cải tiến phƣơng pháp tổng hợp bằng cách thay đổi điều kiện xúc tác và tổng hợp xúc tác mới để nâng cao hiệu suất sản phẩm. Đây là lần đầu tiên MOF-235 đƣợc sử dụng cho phản ứng tổng hợp dẫn xuất 1H-1,5-benzodiazepines nhƣ xúc tác dị thể. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu khung hữu cơ – kim loại (MOFs).1 Giới thiệu về vật liệu khung hữu cơ – kim loại.

Trong vài năm trở lại đây, lĩnh vực xúc tác ngày càng phát triển mạnh mẽ, rất nhiều nghiên cứu khảo sát hoạt tính của các loại xúc tác trong các phản ứng hóa học đã đƣợc công bố. Xúc tác đồng thể nhận đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong những năm qua với nhiều ƣu điểm điển hình nhƣ hoạt tính cao, cấu trúc đa dạng, dễ tổng hợp…[1, 2]. Tuy nhiên, xúc tác đồng thể vẫn còn tồn tại một số hạn chế nhƣ sử dụng các kim loại quý với hàm lƣợng cao, khó thu hồi và tái sử dụng. Những hạn chế này gây tốn kém cho quá trình tổng hợp hữu cơ, chất thải kim loại nặng và vết kim loại tồn tại trong sản phẩm ảnh hƣởng tới môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời.

Do đó việc tìm ra các loại xúc tác dị thể để thay thế cho xúc tác đồng thể luôn là mục tiêu của các nhà khoa học. Bởi lẽ, việc sử dụng xúc tác dị thể giúp quá trình chiết, tách sản phẩm sau phản ứng dễ dàng hơn. Ngoài ra, những xúc tác rắn có độ bền cơ học, độ bền hóa học cao, diện tích bề mặt lớn có thể đƣợc thu hồi và tái sử dụng nhiều lần, giảm đƣợc các chất thải độc hại ra môi trƣờng và tiết kiệm chi phí sản xuất. Do đó, xúc tác dị thể đƣợc xem là giải pháp góp phần “xanh hóa” phòng thí nghiệm và các quá trình sản xuất tổng hợp hóa chất trên quy mô công nghiệp.

Tuy nhiên việc tổng hợp các loại xúc tác này gặp không ít khó khăn: điều kiện tổng hợp phức tạp, ít đa dạng, không thể đáp ứng hết những ứng dụng đồng thời… Bên cạnh đó việc sử dụng xúc tác dị thể gặp khá nhiều khó khăn về mặt truyền khối do hạn chế về diện tích tiếp xúc cũng nhƣ sự phân bố các tâm hoạt động [3]. Hơn 20 năm qua các nhà khoa học đã đạt đƣợc những thành tựu đáng kể bằng việc sử dụng zeolite và silica làm xúc tác dị thể với vai trò là acid Lewis và chất mang cố định các tâm kim loại chuyển tiếp. Tuy nhiên zeolite và silica bị giới hạn bởi vách ngăn khá dày, tâm hoạt tính không đa dạng hay diện tích bề mặt không cao chƣa kể đến quá trình tổng hợp zeolite và silica khá phức tạp và tốn kém [4]. Do đó 4 cần có một loại vật liệu mới có thể đáp ứng đƣợc những yêu cầu ngày càng cao về mặt phản ứng và khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của những loại xúc tác nói trên.

Phát triển từ ý tƣởng của giáo sƣ S. Robson và cộng sự, vào năm 1999 nhóm nghiên cứu của giáo sƣ O. Yaghi đã phát triển thành công một họ vật liệu mới, vật liệu khung hữu cơ-kim loại MOFs (metal-organic frameworks). Họ vật liệu này đang đƣợc cho là đứng đầu danh sách các vật liệu xốp tiềm năng, có ứng dụng to lớn với những ƣu thế vƣợt trội về diện tích bề mặt riêng, kích thƣớc lỗ xốp, tỷ trọng và đặc biệt hơn cả là mật độ tâm kim loại cao cũng nhƣ khả năng bắt giữ có chọn lọc một số phân tử vào trong cấu trúc xốp [5].

Cấu trúc hình học của một số loại IR-MOF tiêu biểu. Một điều đặc biệt là vật liệu MOFs đƣợc phát triển từ ý tƣởng tổng hợp dựa trên sự tƣơng tự về cấu trúc bằng việc nối dài các cầu nối hữu cơ hoặc định hình những nhóm chức lên chúng sẽ tạo ra đƣợc một vật liệu có kích thƣớc lỗ xốp lớn hơn, nhƣng vẫn giữ đƣợc cấu trúc nguyên bản. Hơn hết là khả năng dự đoán cấu trúc hình học của tinh thể tạo thành thông qua những tính chất của cụm kim loại, hình dạng và kích thƣớc của cầu nối hữu cơ điều này có ý nghĩa hết sức to lớn khi mà các nhà nghiên cứu muốn tạo ra một số 5 chủng loại vật liệu MOFs có kích thƣớc lỗ xốp khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu cho từng mục đích sử dụng [6]. Vì vậy, trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, MOFs đang trở thành một trong những đề tài nghiên cứu hấp dẫn trong lĩnh vực xúc tác.

Với sự kết hợp những ƣu điểm của cả vật liệu xốp vô cơ và hữu cơ truyền thống, vật liệu MOFs chứng minh đƣợc khả năng ứng dụng cao trong lĩnh vực xúc tác khi mà nó sở hữu tâm kim loại dày đặc, diện tích bề mặt riêng lớn thêm vào đó là khả năng tách, loại, thu hồi và tái sử dụng xúc tác nhiều lần [7]. Số lƣợng bài báo về cấu trúc vật liệu MOFs và ứng dụng MOFs trong xúc tác từ năm 2002 đến năm 2012 [8].2 Cấu trúc của vật liệu MOFs. Họ vật liệu khung cơ kim đƣợc hình thành từ cầu nối hữu cơ đa chức gắn với nút hay cụm kim loại tạo ra một loại vật liệu giống nhƣ polymer có cấu trúc sắp xếp trật tự theo cả ba chiều không gian. Các liên kết này chủ yếu đƣợc dựa trên những liên kết cho nhận giữa các ion kim loại hoặc nhóm nguyên tử có tâm là ion kim loại nằm ở nút mạng với cầu nối là các phân tử hữu cơ.

Các nút mạng thƣờng dùng là các cation kim loại nhƣ: Cu2+, Fe2+, Zn2+, Ni2+, Co2+, Mg2+, Mn2+, Cd2+, Mo2+, Al3+. 6 Các dẫn xuất của acid carboxylic đa chức thƣờng đƣợc dùng làm cầu nối cho việc tổng hợp vật liệu MOFs [9]. Cấu trúc cơ bản của vật liệu MOF [10]. Chính sự sắp xếp có trật tự giữa các nút mạng kim loại hay cụm kim loại với các cầu nối hữu cơ đã tạo cho vật liệu MOFs một thể tích lỗ trống lớn, quan trọng hơn cả là có thể điều chỉnh kích thƣớc và hình dạng các lỗ trống nhƣ mong muốn bằng cách thay đổi các kim loại ở các nút mạng hoặc độ dài ngắn của các phân tử hữu cơ [6].

Một số cầu nối hữu cơ đƣợc sử dụng trong tổng hợp MOFs.3 Tính chất của vật liệu MOFs. Vật liệu khung cơ-kim đƣợc các nhà nghiên cứu đánh giá cao về kích thƣớc các lỗ xốp, đây cũng là một trong những đặc điểm đặc trƣng nỗi trội nhất của họ vật liệu này. Trong khi một số loại vật liệu zeolite truyền thống chỉ có diện tích bề mặt riêng khoảng từ 200-500 m2/g thì một số loại vật liệu MOFs có thể đạt đến diện tích bề mặt riêng lên tới 5000 m2/g ( MOF–200 hay MOF–201) [4, 11]. Kích thƣớc lỗ xốp của zeolite thƣờng không thể vƣợt quá 10 angstrom trong khi một số họ vật liệu MOFs có kích thƣớc lỗ xốp có thể thay đổi đạt từ vài angstrom đến vài chục angstrom (họ vật liệu MIL-101) [6] .