LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Đình Tuyến, người
đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành đồ
án này.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Linh đã giúp đỡ và bổ sung thêm cho
em những kiến thức quý báu trong quá trình em làm đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn tới tập thể anh chị trong phòng Xúc tác Ứng dụng –
Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm và Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, đã giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn với các thầy cô giáo trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Lọc - Hóa dầu đã tận tình dìu dắt em
trong suốt 5 năm học vừa qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến bố mẹ, gia đình, bạn bè đã động viên, ủng hộ và
dành cho em những điều tốt đẹp nhất.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

DOÃN ANH TUẤN

i


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BET

Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (Brunauer Emmett Teller)

CTAB

Cetyltrimethylammmonium bromide


Phổ hồng ngoại

MIL

Matérioux de l’Institut Lavoisier.

MOFs

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

MB

Methylene Blue

MO

Methylene Orange

SEM

Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscape )

TEM

Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy)

UV-VIS

Phổ hấp thụ electron (Utraviolet – Visible spectroscopy)

Hình 1.6

Cấu trúc tinh thể MOF-5 trong không gian

Hình 1.7

Tổng quan các phương pháp tổng hợp vật liệu MOFs

Hình 1.8

Cấu trúc tinh thể MIL-101

Hình 1.9

Ảnh hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao

Hình 1.10

Các trạng thái tập hợp của phân tử chất HĐBM

Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13

Cơ chế hình thành cấu trúc tinh thể nano phân cấp mao quản micro-meso
của vật liệu MOF được để xuất
Cấu trúc rỗng xốp của các vật liệu MOF-5 phân cấp micro-meso
Cấu trúc năng lượng điện tử trong mạng nguyên tử của chất bán dẫn

Hình 1.14

Hình 2.4

Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể

Hình 2.5

Chụp ảnh máy nhiễu xạ tia X

Hình 2.6

Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp theo phân loại IUPA

Hình 2.7

Máy hiển vi điện tử quét JSM-5300

Hình 2.8

Công thức cấu tạo và quang phổ hấp thụ màu Methylene Blue

Hình 2.9

Dung dịch Methylene Blue

Hình 2.10

Đồ thị chuẩn độ hấp thụ quang của các dung dịch MB

Hình 2.11


Hình 3.7

Phổ TGA-DTA mẫu MIL-101 tổng hợp

Hình 3.8

Phổ IR mẫu Meso MIL-101 đa cấp mao quản

Hình 3.9

Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu Meso MIL-101 đa cấp mao quản

Hình 3.10

Đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 của Meso MIL-101

Hình 3.11

Phân bố lỗ theo dữ liệu giải hấp phụ N2 của mẫu Meso MIL-101

Hình 3.12

Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu Meso MIL-101

Hình 3.13

Phổ tán xạ EDX mẫu Meso MIL-101

Hình 3.14



Phổ ánh sáng của đèn compact

Hình 3.22

Khả năng quang hóa của MIL-101 và CdS/MIL-101

Hình 3.23

Phổ UV-Vis của dung dịch MB, mẫu xử lý với CdS/MIL-101

Hình 3.24

Khả năng quang hóa của Meso MIL-101 và CdS/Meso MIL-101

Hình 3.25

Phổ UV-Vis của dung dịch MB, mẫu xử lý với CdS/Meso MIL-101

Hình 3.26

So sánh khả năng quang hóa của CdS/MIL-101 và CdS/Meso MIL-101

Hình 3.27

Tốc độ phản ứng của quá trình quang hóa

Bảng 2.1

Các hóa chất sử dụng tổng hợp MOFs


DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ…………………………….

iii

MỤC LỤC…………………………………………………………………………

vi

LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………….. 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN……………………………………………….. 3
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu có khung kim loại - hữu cơ………… 3
1.1.1. Định nghĩa về khung mạng kim loại- hữu cơ………………… 4
1.1.2. Danh pháp………………………………………………………

5

1.1.3. Cấu trúc vật liệu khung hữu cơ kim loại MOFs……………... 6
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu MOFs………………………………….. 7
1.1.4.1. Chế tạo vật liệu hấp phụ, lưu trữ khí…………………………… 7
1.1.4.2. Chế tạo xúc tác……………………………………………………. 8
1.1.4.3. Chế tạo màng lọc………………………………………………….

8

1.1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu khung kim loại – hữu cơ 8
1.1.5.1. Phương pháp thủy nhiệt…………………………………………..

11


20

1.3.3. Quang xúc tác CdS……………………………………………..

25

1.3.4. Vật liệu composite CdS/Mil-101 và CdS/Meso Mil-101……... 27
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM…………………………………………… 28
2.1. Phương pháp thực nghiệm………………………………………… 28
2.1.1. Dụng cụ và hóa chất sử dụng………………………………….. 28
2.1.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu khung kim loại – hữu cơ…… 29
2.1.2.1. Tổng hợp vật liệu MIL-101………………………………………. 29
2.1.2.2. Tổng hợp vật liệu Meso Mil-101 cấu trúc đa cấp mao quản... 30
2.1.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu quang xúc tác gắn trên vật
liệu khung kim loại – hữu cơ………………………………………………
2.2. Các phương pháp đặc trưng vật liệu...............................................

31
32

2.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)............................... 32
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD).................................... 32
2.2.3. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ (BET)

34

2.2.4. Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy: SEM)..

35

3.1.4. Phân tích đặc trưng vật liệu CdS/Meso Mil-101……………... 59
3.2. Kết quả nghiên cứu tính chất hấp phụ trên các vật liệu………… 61
3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng quang hóa trên các vật liệu……...

63

KẾT LUẬN………………………………………………………………………..

72

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………..

74

viii


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới vấn đề phát triển những công nghệ thân thiện có tính đến
việc bảo vệ môi trường được đặt ra ngày càng bức thiết. Những tiêu chí về bảo vệ
môi trường là không thể thiếu đối với những công nghệ hóa học được sử dụng ở bất
kì một quy mô công nghiệp nào. Vì vậy xu thế nghiên cứu những công nghệ mới với
hiệu suất cao và công nghệ sạch đang ngày càng phát triển, nhằm đáp ứng yêu cầu
của nền sản xuất công nghiệp hóa học hiện đại. Trong đó việc nghiên cứu phát triển
các vật liệu tiên tiến với kích thước mao quản cỡ nano cũng như các vật liệu có diện
tích bề mặt riêng lớn với cấu trúc phân cấp micro/meso/macro làm chất hấp phụ và
xúc tác đã và đang đóng vai trò quan trọng có thể tạo nên những nguyên lý công nghệ
mới: các công nghệ sạch thân thiện môi trường.
Năm 1997, nhóm nghiên cứu của GS.Omar M.Yaghi đã tìm ra vật liệu có cấu trúc
xốp và bề mặt riêng lớn đó là vật liệu xây dựng trên cơ sở bộ khung hữu cơ – kim

Chúng tôi hy vọng những kết quả nghiên cứu sẽ góp phần xây dựng và phát triển các
cơ sở khoa học cho việc tổng hợp vật liệu có khung hữu cơ – kim loại, đáp ứng những yêu
cầu cấp thiết trong khoa học cơ bản cũng như ứng dụng các vật liệu trong lĩnh vực nhiên
liệu, năng lượng và bảo vệ môi trường…

-2-


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu có khung kim loại - hữu cơ
Trong khi những nghiên cứu về zeolite (vật liệu vi mao quản) có nhiều khả năng
ứng dụng phong phú vào nhiều lĩnh vực vẫn đang được tiếp tục thực hiện về nhiều
phương diện thì thời gian gần đây đã xuất hiện một hướng phát triển các vật liệu vi
mao quản. Đây là một hướng mới trong lĩnh vực xúc tác và khoa học vật liệu, thu hút
sự quan tâm của các nhà khoa học nhiều nước trên thế giới trong hơn một thập kỷ
qua.
Nếu zeolit là loại vật liệu vô cơ, thì hướng phát triển mới này nhằm vào sự kết
hợp giữa vô cơ và hữu cơ, tức là giữa các ion kim loại và các phối tử hữu cơ đa chức,
tạo nên loại vật liệu cũng có hệ thống mao quản với các cửa sổ đều đặn, diện tích bề
mặt lại rất cao (có thể lên tới 9000m2/g). Vật liệu mao quản phối trí giữa kim loại hữu cơ hiện đang được phát triển nghiên cứu tổng hợp theo hai dòng vật liệu chính là
ZIFs (Zeolitic Imidazolate Frameworks) và MOFs (Metal Organic Frameworks).
Trong thập kỷ qua, vật liệu phối trí kim loại - hữu cơ MOFs (Metal Organic
Frameworks) được quan tâm đặc biệt. Đó là một họ vật liệu khung lai ghép giữa vô
cơ – hữu cơ với tiềm năng ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như hấp phụ,
xúc tác, lưu trữ khí, phân tách khí..., nhất là trong việc nghiên cứu phát triển nhiên
liệu sạch, chế tạo màng lọc, xúc tác cho tổng hợp các vi chất, đặc biệt là dược phẩm...
Những khung lai MOFs này được xem là đại diện của cấu trúc mao quản rộng tiêu
biểu, ở đó các thành phần hữu cơ hoạt động như những cầu nối để kết nối các cụm vô
cơ, tạo thành các nhóm và các lớp.
Vật liệu lai kim loại - hữu cơ (MOFs) có cấu trúc mạng không gian đa chiều,



khoảng trống lớn bên trong, được thông ra ngoài bằng cửa sổ có kích thước nano đều
đặn.
1.1.2. Danh pháp
Những năm qua, sự nghiên cứu về MOFs được tiến hành với quy mô rộng lớn
trên nhiều quốc gia. Số lượng các cấu trúc mới được phát hiện mỗi năm là rất lớn,
thường tăng theo cấp số nhân. Chính vì thế việc chuẩn hóa tên gọi của loại vật liệu
này gặp nhiều khó khăn. Hiện nay, có rất nhiều cách gọi tên, theo nhiều hướng khác
nhau như:
- Vật liệu khung kim loại - hữu cơ được tạo ra bởi Yaghi gọi chung là MOFs
(Metal – Organic Frameworks), ví dụ: MOF-1, MOF-2, MOF-5,…
- Vật liệu khung kim loại - hữu cơ được tạo ra có cấu trúc tương tự zeolite với
phối tử hữu cơ imidazolate gọi là ZIFs (Zeolitic Imidazolate Frameworks), ví dụ:
ZIF-1, ZIF-2, ZIF-4,…
- Cách đặt tên theo phòng thí nghiệm tổng hợp thành công như MILs (Matériaux
de l'Institut Lavoisier), ví dụ: MIL-53, MIL-68, MIL-88, MIL-100, MIL-101, MIL125…; HKUST-n36 ( Đại học Khoa học và Công nghệ Hong-Kong )…
- Tên gọi sử dụng các "công thức kinh nghiệm" của vật liệu, tức là công thức thể
hiện kim loại (s), các phối tử (s) và quan hệ định lượng trong sự lặp đi lặp lại đơn vị,
ví dụ: [Zn4O(BDC)3] (BDC: 1,4 benzenedicarboxylate) hoặc Cu3(BTC)2 (BTC: axit
1,3,5-benzentricacboxylate).
- Tên gọi được đề nghị dựa trên cấu trúc của mạng lưới tinh thể các vật liệu.
Những lưới (3D) được đại diện bởi một trong hai hoặc ba kí tự biểu tượng (như trong
sod, rho, gis,…) hoặc ba ký tự với một phần mở rộng (chẳng hạn như trong c-pcu
hoặc bcu-k). Phương pháp này cho phép một người mô tả và phân loại các cấu trúc,
kể cả những cấu trúc tiềm năng mới của cấu trúc MOFs. Trong trường hợp này, việc
phân loại hạn chế hơn do thiếu thông tin về bản chất hoá học của vật liệu.
1.1.3. Cấu trúc vật liệu khung hữu cơ kim loại MOFs
Vật liệu MOFs có thể tổng hợp với hàng loạt các cấu trúc khác nhau tùy theo các
tâm kim loại và các cầu nối hữu cơ (ligand), mặt khác số lượng các kiểu tổ hợp của

1.1.4.1. Chế tạo vật liệu hấp phụ, lưu trữ khí
Với diện tích bề mặt riêng lớn, có thể đạt tới 6240 m2/g (MOF-210); 5900 m2/g
(MIL-101); UMCM-2 đạt 5200 m2/g; MOF-177 đạt 4898 m2/g các vật liệu MOFs
được biết đến với khả năng lưu trữ một lượng lớn khí. Hấp thụ khí gây hiệu ứng nhà
kính (CO2) được đặt ra cho ngành công nghệ hóa học xanh nhằm giải quyết các vấn đề
thay đổi khí hậu. Các nhà khoa học hy vọng vật liệu mới này có thể giúp tạo ra năng
lượng sạch, thu bẫy nhiệt phát thải khí CO2 trước khi chúng chạm tới bầu khí quyển,
gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng mực nước biển và tăng độ axit ở đại dương.
1.1.4.2. Chế tạo xúc tác
Một số nghiên cứu công bố gần đây cho biết, nhờ có độ xốp cao, MOFs được sử
dụng làm chất xúc tác để thúc đẩy phản ứng hóa học trong những ứng dụng sản xuất
vật liệu và tổng hợp dược phẩm.
Các tâm kim loại có thể thay thế trong khung mạng MOFs hứa hẹn nhiều ứng dụng to
lớn trong chế tạo xúc tác đa chức năng. Bên cạnh đó, diện tích bề mặt lớn là điều kiện
thuận lợi cho việc phân tán các tâm xúc tác trên nền vật liệu MOFs. Khả năng quan trọng
của vật liệu MOFs chính là chế tạo các chất xúc tác có các tính chất chọn lọc đặc trưng tùy
thuộc vào yêu cầu của quá trình công nghệ và mục đích sử dụng. Ví dụ như khả năng oxi
hóa chọn lọc, hấp phụ, quang xúc tác, phân tách,...
1.1.4.3. Chế tạo màng lọc
Dựa trên khả năng hấp phụ chọn lọc kích thước phân tử của vật liệu MOFs, có
thể chế tạo màng lọc cho việc phân tách hỗn hợp, đáp ứng các yêu cầu về tinh chế và
làm sạch. Nghiên cứu tạo màng tách từ vật liệu nano được liên kết bằng porphyrin và
pyrazine, màng được chế tạo bằng cách dát huyền phù lên màng polyeste. Nhờ máy
-7-


AFM người ta nhận thấy, phân tử có đường kính 13Å có thể thấm qua màng của vật
liệu liên kết bằng porphyrin, còn các phân tử nhỏ hơn có đường kính 5,7Å thì thấm
qua màng pyrazine.
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu có khung kim loại – hữu cơ

việc sử dụng một đơn vị xây dựng thứ cấp (Secondary Building Unit: SBU). Các đơn
vị xây dựng cơ bản phải đủ mạnh để không xảy ra sự sắp xếp lại trong quá trình hình
thành mạng lưới (ví dụ như thay vì thời gian thủy nhiệt 8-10 giờ trong phản ứng tổng
hợp MIL-101(Cr), thời gian thủy nhiệt kéo dài 24 giờ lại dẫn tới sự hình thành cấu
trúc MIL-53(Cr)).
MOFs thường được tổng hợp bằng cách kết hợp phối tử hữu cơ và muối kim loại
trong các phản ứng dung nhiệt (solvothermal) ở nhiệt độ tương đối thấp (
hợp MOF-5, axit 1,4-benzendicacboxylic và triethylamine được hòa tan trong dung
môi N,N-dimetylformamit (DMF). Muối kẽm axetat cũng được hòa tan trong DMF,
đưa dung dịch muối kẽm vào dung dịch của axit 1,4-benzendicacboxylic, khuấy trong
15 phút, kết tủa bắt đầu tạo thành, tiếp tục khuấy trong 2,5 giờ, thu được vật liệu rắn
kết tinh là MOF-5.
1.1.5.3. Phương pháp siêu âm
Phương pháp siêu âm là một trong những phương pháp giúp rút ngắn thời gian
tổng hợp và đạt được hiệu suất cao. Trong phương pháp này, dung dịch phản ứng
được tiến hành dưới tác dụng bức xạ siêu âm trong thiết bị phát siêu âm.
Ví dụ, tổng hợp Cu3(BTC) được thực hiện như sau: Axit 1,3,5–benzene tricacboxylic
(H3BTC) được hòa tan trong dung môi hỗn hợp dimetylformalin và ethanol sau đó đem
trộn với dung dịch nước của đồng axetat dihydrat. Phản ứng được tiến hành dưới tác
dụng bức xạ siêu âm trong thiết bị phát siêu âm với tần số 40 kHz, công suất 60W.

- 11 -


Với thời gian phản ứng 60 phút, thu được sản phẩm rắn với hiệu suất 85,1%. Sản
phẩm là vật liệu rắn kết tinh Cu3(BTC)2 .
1.1.5.4. Phương pháp vi sóng
Phương pháp vi sóng (microwave) đã được phát hiện và ứng dụng rất nhiều
trong lĩnh vực tổng hợp vật liệu. Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều những
thành công từ việc ứng dụng phương pháp này, như chế tạo ra những vật liệu
zeolit TS-1, MCM-41, SBA-15, SBA-16 và các vật liệu mới: MOF-5, MIL101....
Từ những đặc trưng của các mẫu vật liệu tổng hợp được, người ta nhận thấy
những ưu điểm mà phương pháp này mang lại là rất thực tiễn. Nếu đem so sánh
giữa phương pháp này và phương pháp thuỷ nhiệt thông thường chúng ta có thể
thấy rõ được một số những ưu điểm như:
- Rút ngắn được thời gian kết tinh: giảm đi được 10 lần so với dùng phương
pháp thủy nhiệt thông thường. Đồng thời làm giảm năng lượng nên phương pháp


tinh

thể

rắn

màu

xanh

lá

cây,

có

công

thức

Cr3F(H2O)2O[(O2C)C6H4(CO2)]3.nH2O.
Cấu trúc của MIL-101 được xây dựng từ các siêu tứ diện (supertetrahedral: ST).
Mỗi ST được tạo nên từ các liên kết của khối trime kim loại hóa trị (III) và các anion
1,4-BDC. Bốn đỉnh của ST được cố định bởi các trime trong khi cầu nối hữu cơ
(organic linker) được đặt tại sáu cạnh của ST. Liên kết của khối siêu tứ diện (ST) tạo
ra một mạng lưới không gian ba chiều. ST là cấu trúc rỗng xốp (khẩu độ 8,6 Å) trong
khi kết cấu khung tạo bởi hai loại lồng kích thước trung bình hiện diện với tỷ lệ 2:1,
được giới hạn bởi lần lượt 20 và 28 ST có đường kính lồng lần lượt là 29 và 34 Å.




Trong một hệ hai cấu tử đơn giản: nước – chất hoạt động bề mặt, các phân tử chất
hoạt động bề mặt biểu hiện là một hợp phần có hoạt tính cao với cấu trúc thay đổi khi
nồng độ tăng. Ở nồng độ thấp, chúng tồn tại dưới dạng các đơn phân tử. Khi tăng
nồng độ, các phân tử chất hoạt động bề mặt tập hợp lại với nhau hình thành các mixen
làm giảm entropi của hệ (tăng mức độ trật tự). Nồng độ mà tại đó bắt đầu hình thành
các mixen được gọi là nồng độ mixen tới hạn (critical micelle concentration:CMC),
nếu tiếp tục tăng nồng độ, sẽ xuất hiện các pha lục lăng sắp xếp chặt khít, bước tiếp
theo sẽ dẫn tới kết tụ các mixen liền nhau để hình thành pha lớp mỏng. Việc hình
thành mỗi pha không những phụ thuộc vào nồng độ chất hoạt động bề mặt mà còn
phụ thuộc vào bản chất của nó (chiều dài của mạch alkyl kỵ nước, nhóm ưa nước, đối
ion) và các thông số môi trường (nhiệt độ, pH, điện tích ion, và các yếu tố khác). Nhìn
chung CMC giảm khi tăng chiều dài mạch alkyl, hóa trị của đối ion, nồng độ ion
trong dung dịch. Nói cách khác, CMC tăng khi tăng bán kính đối ion, pH và nhiệt độ.
Chằng hạn ở 25oC CTAB có CMC là 0,83 mM; từ CMC đến 11% xuất hiện các mixen
hình cầu; từ 11 – 20,5% hình thành các mixen hình que linh động; pha tinh thể lỏng
lục được hình thành ở nồng độ 26 – 65%; nếu tiếp tục tăng nồng độ sẽ dẫn đến hình
thành các pha lập phương, pha lớp mỏng và cuối cùng là hình thành các mixen đảo.
Ở 90oC, thu được pha lục lăng khi nồng độ đạt đến giá trị 65%. Trên cơ sở của sự tập
hợp các phần tử chất hoạt động bề mặt đó, người ta sử dụng chúng như tác nhân định
hướng cấu trúc trong quá trình tổng hợp vật liệu MQTB.
Tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu M41S, các nhà nghiên cứu của
Mobil đã sử dụng chất hoạt động bề mặt là các alkyltrimetyl ammonium halogenua
làm chất tạo khuôn cấu trúc; sử dụng natri hydroxit (NaOH) hoặc
Tetraetylammonium hydroxide (TEAOH) để tạo môi trường bazơ cho hỗn hợp phản
ứng. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra một mối tương quan đó là: nồng độ tương đối của
các cấu tử trong hỗn hợp phản ứng ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc lỗ của vật liệu. Họ
cũng chỉ ra rằng đường kính lỗ của MCM-41 tăng lên khi tăng chiều dài mạch alkyl
của chất hoạt động bề mặt. Hơn nữa, nếu thêm mesitylen vào hệ phản ứng, chất này


- 16 -


1.2.2.3. Vật liệu Meso MIL-101 cấu trúc đa cấp mao quản
Với những đặc tính nổi trội của tinh thể xốp cấu trúc khung hữu cơ - kim loại
MOFs như kích thước mao quản lớn, diện tích bề mặt cao. Các tính năng nổi bật của
vật liệu đã thu hút sự quan tâm đáng kể trong các ứng dụng tiềm năng lưu trữ khí
hydro, xúc tác, phân tách khí, cảm biến sinh học và chế tạo chất mang dược phẩm.
Tuy nhiên, hầu hết các tinh thể vật liệu MOFs thể hiện một số hạn chế vì các lỗ mao
quản nhỏ (micropore) cản trở sự di chuyển của các phân tử lớn trong các kênh mao
quản, do đó hạn chế các ứng dụng thực tế của vật liệu trong xúc tác dị thể, hấp thụ,
phân tách khí cũng như chế tạo cảm biến. Để khắc phục trở ngại này, một chiến lược
tổng hợp nhằm gia tăng chiều dài phối tử hữu cơ để mở rộng lỗ và tăng độ xốp của
MOFs được triển khai, nhưng trong nhiều trường hợp các khung mạng của vật liệu
đào thải các phân tử lạ này. Một phương án tổng hợp khác là nhằm giảm kích thước
của tinh thể MOFs tới kích thước nano và do đó làm giảm chiều dài đường đi khuếch
tán của các phân tử vật chất. Phương án này nâng cao được hiệu suất phản ứng, tuy
nhiên việc điều khiển kích thước tinh thể là rất khó khăn trong điều kiện động học
tổng hợp. Chính vì vậy chiến lược tổng hợp vật liệu MOFs cấu trúc đa cấp mao quản
với phân bố lỗ trung bình và lớn (mesopore – macropore) bằng cách sử dụng tác nhân
định hướng cấu trúc đã nhận được nhiều sự quan tâm đáng kể do mức độ điều chỉnh
cấu trúc cao và thể hiện nhiều tính năng độc đáo của MOFs cấu trúc phân cấp mao
quản trung bình (mesostructure). Bên trong vật liệu cấu trúc đa cấp mao quản MesoMOFs, các quá trình chuyển đổi khối lượng diễn ra mạnh mẽ, trở thành vật liệu duy
nhất có thể cung cấp các ứng dụng tiềm năng đáng kể như làm chất xúc tác dị thể,
hấp thu, phân tách khí và chế tạo cảm biến.
Đặc điểm quan trọng nhất của các vật liệu MQTB (mesoporous materials) là
chúng có kích thước mao quản rộng, diện tích bề mặt riêng lớn, do đó vật liệu sẽ chứa
nhiều tâm hoạt động ở trên bề mặt nên dễ dàng tiếp cận với tác nhân phản ứng. Tuy
nhiên, vật liệu MQTB không phải là vật liệu tinh thể. Xét về mối quan hệ xa thì các