ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

MAI THỊ THANH

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH VẬT LIỆU ZIF-8
VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ

HUẾ - NĂM 2017


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

MAI THỊ THANH

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH
VẬT LIỆU ZIF-8 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62.44.01.19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Đinh Quang Khiếu
2. PGS.TS. Nguyễn Phi Hùng

HUẾ - NĂM 2017


trong suốt quá trình làm luận án.
Cuối cùng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân
trong gia đình, những Thầy/ Cô, đồng nghiệp và bạn bè gần xa đã động viên, giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Huế, tháng 5 năm 2017
Tác giả

Mai Thị Thanh

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU
AAS

Atomic Absorption Spectrophotometric (Phổ hấp thụ nguyên tử )

AIC

Akaike’s Information Criterion (Chuẩn số thông tin)

ASV

Anodic stripping voltammetry (Phương pháp volt-ampere hòa tan
anode)

BET

Brunauer-Emmett-Teller


2- methyl imimdazole

MOFs

Metal Organic Frameworks (Vật liệu khung hữu cơ kim loại)

PVP

Polyvinylpyrrolidone

RDB

Remazol Black B

SBUs

Secondary Building Units (Các đơn vị thứ cấp)

SEM

Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét)

SPSS-21

Statistical Package for Social Science-21

SSE

Sum of the Squared Errors (Tổng bình phương các sai số)


LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU ................................................................ i
MỤC LỤC ............................................................................................................................. i
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 3
1.1. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs).................................................................................. 3
1.2. Vật liệu khung hữu cơ kim loại ZIF-8 ..................................................................................... 5
1.3. Phương pháp tổng hợp ZIF-8 ................................................................................................... 7
1.4. Các hướng biến tính vật liệu ZIF-8 ........................................................................................ 11
1.5. Ứng dụng vật liệu ZIF-8 làm điện cực................................................................................... 14
1.6. Ứng dụng vật liệu ZIF-8 làm chất hấp phụ khí ..................................................................... 17
1.7. Hấp phụ các chất trong dung dịch bằng vật liệu ZIF-8 và một số vấn đề nghiên cứu quá
trình hấp phụ ................................................................................................................................... 20
1.7.1. Sự ô nhiễm nguồn nước do phẩm nhuộm .................................................................. 20
1.7.2. Nghiên cứu hấp phụ các chất trong dung dịch trên vật liệu ZIF-8 ............................ 22
1.8. Phản ứng xúc tác quang hóa ................................................................................................... 30
1.8.1. Ứng dụng vật liệu MOFs làm chất xúc tác quang ..................................................... 30
1.8.2. Bán dẫn loại p-n ......................................................................................................... 32
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 39
2.1. Mục tiêu ................................................................................................................................... 39
2.2. Nội dung................................................................................................................................... 39
2.2.1. Nghiên cứu tổng hợp ZIF-8 ....................................................................................... 39
2.2.2. Nghiên cứu biến tính điện cực bằng ZIF-8 để xác định Pb(II) bằng phương pháp
volt- ampere hòa tan. ........................................................................................................... 39
2.2.3. Nghiên cứu tổng hợp (Fe-ZIF-8) và ứng dụng để hấp phụ khí CO2, CH4, hấp phụ
phẩm nhuộm RDB và xúc tác quang cho phản ứng phân hủy RDB dưới ánh sáng mặt trời.
............................................................................................................................................. 39


3.2.3. Hấp phụ phẩm nhuộm RDB....................................................................................... 84
3.2.4. Phân hủy màu phẩm nhuộm RDB trên xúc tác ZIF-8 và Fe-ZIF-8 bằng ánh sáng mặt
trời ...................................................................................................................................... 101
3.3. Tổng hợp Ni-ZIF-8 và ứng dụng tổng hợp nano p-ZnO/n-NiO ........................................ 109
3.3.1. Tổng hợp Ni-ZIF-8 .................................................................................................. 109

ii


3.3.2. Tổng hợp vật liệu nano lưỡng oxide loại p-NiO/n-ZnO .......................................... 110
3.3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác quang hóa của Ni-ZIF-8, p-NiO/nZnO, ZnO và NiO .............................................................................................................. 118
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 124
CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ............................................................... 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 128
PHỤ LỤC.......................................................................................................................... 150

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Ảnh SEM và kích thước hạt của ZIF-8 được tổng hợp bằng các phương pháp
khác nhau ............................................................................................................................... 8
Bảng 1.2. Kích thước hạt, diện tích bề mặt của ZIF-8 với tỉ lệ mol Hmim/Zn(II) khác nhau.
…………………………………………………………………………………………………9
Bảng 1.3. Đặc điểm cấu trúc của ZIF-8 ở các thời gian tổng hợp khác nhau .................... 10
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng lượng tự do ΔG# của quá trình hấp phụ Cu(II)
trên TFS-CE ......................................................................................................................... 27
Bảng 2.1. Các mẫu ZIF-8 biến tính bằng sắt với tỉ lệ mol Fe(II)/(Zn(II)+Fe(II)) khác nhau .
.................................................................................................................................... 52
Bảng 2.2. Các mẫu ZIF-8 biến tính bằng nikel với tỉ lệ mol Ni(II)/(Zn(II) +Ni(II)) khác

Bảng 3.18. Tham số của mô hình Langmuir và mô hình Freundlich .................................. 99
Bảng 3.19. Tốc độ đầu của phản ứng ở nồng độ khác nhau ............................................. 106
Bảng 3.20. Bậc phản ứng và hằng số tốc độ ..................................................................... 106
Bảng 3.21. Giá trị tham số tế bào a của các mẫu ZIF-8 biến tính với các tỉ lệ Ni(II) /Zn2+ khác nhau.
.................................................................................................................................. 110
Bảng 3.22. Hàm lượng nguyên tố trong các mẫu Ni-ZIF-8 và p-NiO/n- ZnO với tỉ lệ Ni(II)/
(Zn(II)+ Ni(II)) khác nhau. ................................................................................................ 112
Bảng 3.23. Năng lượng vùng cấm của Ni-ZIF-8 và p-NiO/n-ZnO với các tỉ lệ Ni(II)/ (Zn(II)+
Ni(II)) khác nhau ................................................................................................................. 113

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cách xây dựng khung MOFs chung....................................................................... 4
Hình 1.2. Hình ảnh minh họa sự tạo thành ZIF-8 ................................................................. 6
Hình 1.3. Cấu trúc x-ray đơn tinh thể của ZIF-8................................................................... 6
Hình 1.4. Giản đồ XRD của ZIF-8 tổng hợp trong các dung môi khác nhau........................ 8
Hình 1.5. Ảnh SEM của các mẫu ZIF-8 tổng hợp trong nước với tỉ lệ mol Hmim/Zn: 40(a),
60(b), 80(c) và 100(d) ............................................................................................................ 9
Hình 1.6. Ảnh FE-SEM của ZIF-8 với thời gian tổng hợp khác nhau: (a) 5 phút; (b) 20
phút; (c) 60 phút và (d) 24 h ................................................................................................ 10
Hình 1.7. Sơ đồ minh họa tổng hợp Pd@ZIF-8 ................................................................... 12
Hình 1.8. Đường từ trễ của vật liệu nano Fe3O4/ZIF-8 dưới tác dụng của từ trường ngoài
.................................................................................................................................... 12
Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp Fe3O4/ZIF-8 theo nhóm nghiên cứu Xin Jiang và cộng sự. ...... 13
Hình 1.10. Sơ đồ minh họa quá trình tổng hợp vật liệu R6G@ZIF-8 ................................. 14
Hình 1.11. Sơ đồ minh họa cho quá trình tổng hợp NiO-PTA/ZIF-8 .................................. 14
Hình 1.12. Minh họa một số cấu hình biến tính điện cực bằng vật liệu mao quản rắn. ..... 16
Hình 1.13. Dung lượng hấp phụ CO2 trên vật liệu ZIF-8 gắn tâm base ............................. 18

Hình 3.4. Giản đồ phân tích nhiệt TG-DTA của vật liệu ZIF-8 .......................................... 59
Hình 3.5. Giản đồ XRD của ZIF-8 qua các thời gian khác nhau trong môi trường không
khí

.................................................................................................................................... 60

Hình 3.6. Giản đồ XRD của các mẫu ZIF-8 ngâm trong nước ở nhiệt độ phòng và trong
nước với pH khác nhau ........................................................................................................ 61
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu ZIF-8 ngâm trong các dung môi khác nhau ở nhiệt
độ sôi .................................................................................................................................... 61
Hình 3.8. Các đường DP-ASV của Pb(II) đối với: các loại điện cực(A) và các loại dung
môi (B); Đỉnh dòng hòa tan của Pb(II) đối với: lượng ZIF-8 khác nhau (C) và nồng độ BiII
khác nhau (D).......................................................................................................................62
Hình 3.9. Các đường CV của Pb(II) (a), dòng đỉnh hòa tan (Ip) của Pb(II) ở các giá trị pH
(b) và tương quan giữa Ep,Pb và pH (c) ................................................................................ 64
Hình 3.10. (a) Các đường CV của Pb(II) với tốc độ quét thế tăng 20- 500 mV.s-1 và (b)
đường tuyến tính hồi quy của Ip và υ ................................................................................... 66
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn mối tương quan (a) Ip,Pb và ν1/2 , (b) lnIp,Pb và ν1/2 .................. 67
Hình 3.12. Đường hồi quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan giữa a) lnIp và Eap ; b) Eap
và lnv; c) Eap và v................................................................................................................69
Hình 3.13. Cơ chế xác định Pb(II) bằng phương pháp volt-ampere hòa tan của điện cực
BiF/Naf/ZIF-8/GCE ............................................................................................................. 70
Hình 3.14. Các đường DP-ASV của Pb(II) ở nồng độ từ 12 ppb đến 100 ppb và đường hồi
quy tuyến tính biểu diễn mối tương quan giữa Ip,Pb và CPb.................................................. 71
Hình 3.15. Giản đồ XRD của các mẫu ZIF-8 và Fe-ZIF-8 ................................................. 73

vii


Hình 3.16. Phổ XPS của các mẫu ZIF-8 và Fe-ZIF-8 ......................................................... 74


viii


Hình 3.39. Phổ DR-UV-Vis và giản đồ Tauc của các mẫu Ni-ZIF-8 và p-NiO/n- ZnO với tỉ
lệ Ni(II)/ Zn(II) khác nhau ................................................................................................. 112
Hình 3.40. Đường từ trễ của các mẫu Ni-ZIF-8 và p-NiO/n- ZnO với các tỉ lệ Ni(II)/ (Zn(II)+
Ni(II)) khác nhau ................................................................................................................. 114
Hình 3.41. Phổ XPS của các mẫu Ni-ZIF-8(80%) và p-NiO/n-ZnO (80%) ...................... 116
Hình 3.42. Giản đồ TGA - DTA của Ni-ZIF-8(80%) ......................................................... 117
Hình 3.43. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ N2 của mẫu Ni-ZIF-8(80%), ...... 117
p-NiO/n-ZnO(80%) và ZIF-8 ............................................................................................. 117
Hình 3.44. Khảo sát hoạt tính xúc tác quang của các vật liệu ZIF-8(80%), Ni-ZIF-8(80%),
ZnO, NiO và p-NiO/n-ZnO và phổ thụ của các dung dịch trước và sau phản ứng phân hủy
quang hóa trên p-NiO/n-ZnO ............................................................................................ 118
Hình 3.45. Thu hồi xúc tác p-NiO/n-ZnO bằng từ trường ngoài ....................................... 120
Hình 3.46. Sơ đồ phân hủy quang hóa trên xúc tác p-NiO/n-ZnO dưới ánh sáng mặt trời
(vùng Vis) ........................................................................................................................... 121
Hình 3.47. Sơ đồ phân hủy quang hóa trên xúc tác p-NiO/n-ZnO dưới ánh sáng mặt trời
(Vùng UV) .......................................................................................................................... 122

ix


MỞ ĐẦU
Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs, Metal Organic Frameworks) thuộc
nhóm vật liệu xốp lai hữu cơ - vô cơ quan trọng trong những năm gần đây. Trong
thập kỉ qua, vật liệu MOFs được các nhà khoa học quan tâm trên bình diện lý thuyết
cũng như ứng dụng thực tiễn. Vật liệu MOFs được chú ý bởi chúng có bề mặt riêng
lớn được ứng dụng để lưu trữ khí, hấp phụ khí, tách khí, xúc tác [35], [149],… Vật

[45], [64], tách khí [73], [186],... Ở Việt Nam, vật liệu ZIF-8 cũng đã nghiên cứu sử
dụng làm xúc tác cho phản ứng alkyl hóa theo Friedel-crafts của anisole với benzyl
bromide [1]. Mặc dù ZIF-8 có độ bền hóa học cao nhưng khả năng hấp phụ phẩm
nhuộm cũng như hoạt tính xúc tác quang của vật liệu này rất thấp. Hơn nữa, các
tiềm năng ứng dụng khác của ZIF-8 như biến tính điện cực, tổng hợp nano oxide
kim loại, nano lưỡng oxide loại p-n,... chưa được khai thác nhiều. Do vậy, việc
nghiên cứu cải thiện bề mặt và mở rộng ứng dụng của ZIF-8 trong hấp phụ phẩm
nhuộm cũng như xúc tác quang có ý nghĩa rất lớn về mặt khoa học, thực tiễn và
mang tính thời sự.
Căn cứ vào những lí do trên và điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam chúng tôi
chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu biến tính vật liệu ZIF-8 và một số ứng
dụng”.
Bố cục chính của luận án:
- Mở đầu
- Chương 1. Tổng quan
- Chương 2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3. Kết quả và thảo luận
- Kết luận

2


Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs)
MOFs được cấu tạo từ hai thành phần chính: oxide kim loại và các cầu nối
hữu cơ. Những tính chất của cầu nối đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành
cấu trúc khung của MOFs. Đồng thời, hình dạng của ion kim loại lại đóng vai trò
quyết định đến kết cấu của MOFs sau khi tổng hợp [205].
Kim loại chuyển tiếp có nhiều Orbital hóa trị, trong đó có nhiều Orbital trống
và có độ âm điện lớn hơn kim loại kiềm và kiềm thổ nên có khả năng nhận cặp

.
Hình 1.1. Cách xây dựng khung MOFs chung [149]
Cấu trúc bộ khung của vật liệu MOFs được vững chắc hơn nhờ các cầu nối
carboxylate, do khả năng những cầu nối này có thể khóa các cation kim loại oxygen - carbon với những điểm mở rộng (nguyên tử carbon trong nhóm
carboxylate) xác định hình dạng hình học cho những đơn vị cấu trúc cơ bản SBUs.
Năng lượng liên kết giữa các nguyên tử trong mỗi SBUs như liên kết C - O
có năng lượng 372 kJ.mol-1 mỗi liên kết; liên kết C - C có năng lượng 358 kJ.mol-1
mỗi liên kết; liên kết Zn - O có năng lượng là 360 kJ.mol-1 cặp liên kết. Nhờ đó làm
cho cấu trúc của SBUs có lực liên kết vững chắc [149], [206].
MOFs được tạo nên từ các SBU khác nhau sẽ có hình dạng và cấu trúc khác
nhau. Bên cạnh đó, điều kiện tổng hợp như dung môi, nhiệt độ, ligand cũng ảnh
hưởng tới cấu trúc hình học của MOFs. Do đó, người ta có thể dựa vào dạng hình học
của các SBU để dự đoán được dạng hình học của cấu trúc MOFs tạo thành [35].
Trong suốt thập kỷ qua, MOFs được biết đến là vật liệu có nhiều tính chất đặc
trưng với khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: xúc tác, hấp phụ, dược
phẩm, quang học, từ tính, quang hóa. Đã có rất nhiều nghiên cứu về sự đa dạng
trong cấu trúc của MOFs và xu hướng gần đây đã ngày càng đi sâu hơn vào những
ứng dụng đầy tiềm năng của loại vật liệu này [130], [161]. Với tỷ trọng thấp (1-0,2
g/cm3), diện tích bề mặt riêng lớn nên MOFs là vật liệu lý tưởng cho việc lưu trữ và
tách khí. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm chứng tỏ khả
năng tách và lưu trữ khí (N2, Ar, CO2, CH4 và H2) của MOFs [35], [149]. Các nhà
4


khoa học môi trường đã nhanh chóng nắm bắt tính năng tuyệt vời này để dùng
MOFs hấp phụ và loại bỏ CO2 ngay tại ống khói của các nhà máy điện, nhằm giảm
khí thải môi trường. Đối với nguồn khí đốt thiên nhiên, MOFs cũng là công cụ đắc
lực giúp tách loại CO2, vốn làm giảm độ tinh khiết của nhiên liệu và gây hiệu ứng
nhà kính. Các loại MOFs như IRMOF-1, IRMOF-3, IRMOF-6, IRMOF-11,
MOF-2, MOF-74, MOF-177, MOF-505, Cu3-(BTC)2 và MOF-177 hấp phụ tốt

vật liệu ZIFs phù hợp cho các ứng dụng đặc hiệu [19], [177]. Vật liệu ZIFs đã và
đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chất xúc tác
[124], [125], diệt khuẩn [52], cảm biến khí [60], chất hấp phụ [18], composite
[124], màng phân tách [84], [184].
Đã có trên 20 loại vật liệu ZIFs được tổng hợp, như: ZIF-2, ZIF-3, ZIF-8, ZIF67, ZIF-69, ZIF-100,... Tất cả chúng đều có cấu trúc khung tứ diện mở với độ xốp
rất lớn lên tới 1970 m2/g và đường kính mao quản lên tới 10 Å. Trong số đó ZIF-8
đang là loại vật liệu thu hút được sự chú ý hơn cả với tính ổn định hóa học và bền
nhiệt cao [126], [148]. ZIF-8 được tạo thành từ nguyên tử Zn liên kết với 2methylimidazolate (Hmim), tạo thành công thức Zn(Hmim)2. Mô hình quá trình
tổng hợp ZIF-8 trình bày ở Hình 1.2.

Hình 1.2. Hình ảnh minh họa sự tạo thành ZIF-8 [120]

Hình 1.3. Cấu trúc x-ray đơn tinh thể của ZIF-8 [148]

Hình 1.3 cho thấy, ZIF-8 có cấu trúc từ hai nhóm vòng 6 và vòng 4 ZnN 4
đường kính khoảng 1,16 nm với cửa sổ 0,34 nm. Cấu trúc của ZIF-8 là một mạng
lưới gồm nhiều tứ diện nối với nhau bao gồm nguyên tử kẽm (Zn) liên kết với
6


các imidazole hữu cơ, bề mặt riêng Langmuir lên đến 1810m 2/g và 1630m2/g với
BET [148].
1.3. Phƣơng pháp tổng hợp ZIF-8
ZIFs ra đời với những hướng ứng dụng mới như vậy cũng đã thúc đẩy các
nhà nghiên cứu tìm ra các phương pháp khác nhau để tổng hợp tinh thể ZIF-8 với
kích cỡ nano hay micromet, có thể kể đến như phương pháp nhiệt dung môi [148],
thủy nhiệt [147], vi sóng [217], siêu âm [211], nhiệt hóa [69], [220],…
Phương pháp nhiệt dung môi thường được sử dụng để tổng hợp vật liệu ZIF8. Song và cộng sự [173], đã tổng hợp ZIF-8 với kích thước mao quản khoảng 0,42
nm từ kẽm nitrat (Zn(NO3)2) và 2-metylimidazole (Hmim) với dung môi
dimethylformamide (DMF) ở 140 oC trong 24 h. Tuy nhiên, phản ứng phải cần

[147]

Theo Lee và cộng sự [108], tùy thuộc vào điều kiện và phương pháp tổng hợp
mà kích thước hạt khác nhau và diện tích bề mặt của ZIF-8 cũng thay đổi trong
khoảng từ 1249 m2.g-1 đến 1549 m2.g-1. Bảng 1.1 trình bày ảnh SEM và kích thước
hạt của ZIF-8 được tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau.
Bảng 1.1. Ảnh SEM và kích thước hạt của ZIF-8 được tổng hợp bằng các phương pháp
khác nhau [108]

8


Theo Tanaka và cộng sự [176], tỉ lệ mol Hmim/ Zn trong hỗn hợp ban đầu ảnh
hưởng đến kích thước hạt cũng như diện tích bề mặt của vật liệu ZIF-8. Trong dung
môi nước, kích thước hạt của vật liệu ZIF-8 giảm từ 3,4 μm đến 0,32 μm và diện
tích bề mặt thay đổi từ 20 đến 1890 m2g-1 khi tỉ lệ mol Hmim/Zn tăng từ 4 đến 100
lần (Bảng 1.2) [176]. Hình 1.5 trình bày ảnh SEM của các mẫu ZIF-8 tổng hợp
trong nước với tỉ lệ mol Hmim/Zn khác nhau.
a

b

c

d

Hình 1.5. Ảnh SEM của các mẫu ZIF-8 tổng hợp trong nước với tỉ lệ mol Hmim/Zn: 40(a),
60(b), 80(c) và 100(d) [176]
Bảng 1.2. Kích thước hạt, diện tích bề mặt của ZIF-8 với tỉ lệ mol Hmim/Zn(II)
khác nhau [176]

1520

60

0,83

1870

1550

80

0,50

1890

1580

100

0,32

1860

1600

Thời gian tổng hợp cũng là một trong các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc, kích
thước và diện tích bề mặt. Theo Kika và cộng sự [92], hình thái tinh thể ZIF-8 hình

9

1079

1173

0,31

(b)

5 phút

SOD

1020

1370

0,48

(c)

20 phút

SOD

1510

1810

0,64




nhiệt độ phòng (~25 oC) vì ở nhiệt độ cao (> 40 oC) hay nhiệt độ quá thấp (0 oC) thì
quá trình hình thành mầm tinh thể đều giảm nên hiệu suất của quá trình tổng hợp thấp
[181], [208].
1.4. Các hƣớng biến tính vật liệu ZIF-8
Do có độ bền hóa học, bền thủy nhiệt và độ xốp lớn nên ZIFs đã và đang rất
được chú ý trong những năm gần đây, hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong lưu trữ và
tách khí, xúc tác và cảm biến hóa học. ZIF-8 là một trong số vật liệu ZIFs được
nghiên cứu nhiều nhất do chúng có hệ thống mao quản có đường kính 11,6 Å được
nối thông với các cửa sổ nhỏ có đường kính 3,4 Å. Để mở rộng khả năng ứng dụng,
hiện nay có những hướng biến tính khác nhau trên nền vật liệu ZIF-8, bằng các
nhóm chức hữu cơ [68], [199], các oxide kim loại [101], [114], [222] hay kim loại
đang được nghiên cứu [7], [46], [80].
Ding và cộng sự [46], đã tiến hành biến tính ZIF-8 với nano kim loại paladi Pd
bằng cách điều chỉnh thời gian bổ sung các hạt nano paladi trong quá trình hình
thành ZIF-8. Đây là một phương pháp hiệu quả tạo nên cấu trúc phân bố không gian
Pd trong tinh thể ZIF-8. Ngoài ra, thời gian cho Pd-PVP vào hỗn hợp phản ứng
cũng ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt của Pd@ZIF-8 và phân bố không gian
Pd. Các hạt nano Pd được bọc bởi PVP, khi các hạt nano Pd-PVP được thêm vào ở
giai đoạn đầu của quá trình tổng hợp ZIF-8, có thể thu được tinh thể ZIF-8 lớn hơn
với hạt nano paladi được bọc hoàn toàn bên trong. Đưa các hạt nano Pd-PVP ở giai
đoạn sau có thể dẫn đến sự hình thành của tinh thể nhỏ ZIF-8 với tất cả các hạt nano
paladi trên bề mặt ngoài của ZIF-8. Hiệu suất xúc tác phụ thuộc vào sự phân bố các
hạt nano Pd, Pd@ZIF-8 với các hạt nano paladi bọc hoàn toàn có thể chọn lọc sản
phẩm và xúc tác ổn định tốt hơn trong quá trình hydro hóa anken. Ngoài ra, nano
Au@ZIF-8 cũng được nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng làm chất oxy hóa CO. Vật
liệu Au@ZIF-8 có hoạt tính oxy hóa CO đáng kể trong pha khí và nhiệt độ để 50 %
chuyển hoá CO là khoảng 170 °C trong 5 wt.% Au@ZIF-8 [80]. Sự ổn định ở nhiệt
cao của ZIF-8 đã được giả định để tạo ra hoạt tính oxy hóa CO cao. Cho đến ngày