BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ THỊ NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH NANO-ZIF-8
LÀM CHẤT XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG
GIỮA BENZALDEHYDE VÀ ETHYL CYANOACETATE

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ THỊ NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH NANO-ZIF-8
LÀM CHẤT XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG
GIỮA BENZALDEHYDE VÀ ETHYL CYANOACETATE

Ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 9520301

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. TẠ NGỌC ĐÔN

thiên nhiên - Viện Hàn lâm và Khoa học công nghệ Việt Nam và các đơn vị khác đã
tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có đƣợc kết quả thực hiện luận án.
Xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi
hoàn thành luận án này.
Tác giả

Lê Thị Như Quỳnh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN........................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về vật liệu khung hữu cơ - kim loại (MOFs)...................................4
1.1.1. Giới thiệu về MOFs.................................................................................... 4
1.1.2. Thành phần và cấu trúc của MOFs.............................................................. 5
1.1.3. Phƣơng pháp tổng hợp............................................................................. 13
1.1.4. Ứng dụng.................................................................................................. 15
1.2. Tổng quan về vật liệu ZIF-8............................................................................ 16
1.2.1. Giới thiệu về ZIFs..................................................................................... 16
1.2.2. Thành phần, đặc điểm cấu trúc của ZIF-8................................................. 20
1.2.3. Quá trình phát triển tinh thể của ZIF-8..................................................... 22
1.2.4. Phƣơng pháp tổng hợp............................................................................. 24
1.2.5. Ứng dụng.................................................................................................. 31
1.3. Phản ứng ngƣng tụ Knoevenagel.................................................................... 34
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................37
2.1. Tổng hợp vật liệu ZIF-8.................................................................................. 37
2.1.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất.................................................................... 37
2.1.2. Quy trình tổng hợp ZIF-8 theo phƣơng pháp nhiệt dung môi...................37
2.1.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc trƣng của vật liệu ZIF-8........38
2.2. Nghiên cứu phản ứng ngƣng tụ Knoevenagel giữa benzaldehyde và ethyl

3.2.4. Giản đồ hấp phụ và giải hấp phụ N2......................................................... 83
3.2.5. Giản đồ phân tích nhiệt và độ bền nhiệt của nano-ZIF-8..........................85
3.2.6. Độ lặp lại của quy trình tổng hợp.............................................................. 87
3.2.7. Đánh giá chung......................................................................................... 88
3.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu nano-ZIF-8 bằng phản ứng ngƣng tụ
Knoevenagel giữa benzaldehyde với ethylcyanoaxetate........................................ 89
3.3.1. Giải hấp phụ theo chƣơng trình nhiệt độ của xúc tác ZIF-8.....................89
3.2.2. Phản ứng giữa benzaldehyde và ethylcyanoaxetate..................................91
3.2.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ chất phản ứng........................................................... 97
3.2.4. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng.......................................................... 98
3.2.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng........................................................... 99
3.2.6. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất xúc tác................................................. 100
KẾT LUẬN............................................................................................................. 104


ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN.................................................................................. 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN....................127
PHỤ LỤC................................................................................................................ 128


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Kí hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt


6

BTE

4,4′,4″-[benzene-1,3,5-triyltris(ethyne-2,1-diyl)]tribenzoate

7

CTAB

Cetyltrimethylammonium bromide

8

DMF

Dimethyl fomamide

9

ECA

Ethyl cyanoacetate

10

EtOH

Ethanol



16

MeOH

Methanol

17

MILs

Matériaux Institut Lavoisier

18

MMMs

Mixed matrid membranes

19

MMOFs

Microporous metal-organic
frameworks

Vật liệu khung hữu cơ
– kim loại vi mao
quản


24

SBU

Secondary building unit

Đơn vị cấu trúc thứ
cấp

25

SEM

Scanning Electron Microscopy

Hiển vi điện tử quét

26

SOD

Sodalite

27

TEM

Transmission electron microscopy

Hiển vi điện tử truyền


31

ZIF-8

Zeolite imidazole framework-8

32

ZIFs

Zeolite imidazole frameworks

Vật liệu polime xốp


DANH MỤC BẢNG
Tên bảng
Bảng 1.1. Một số kiểu mạng lƣới hữu cơ – kim loại và thành phần tƣơng

Trang
10

ứng
Bảng 1.2. So sánh diện tích bề mặt và thể tích mao quản của zeolite và một

12

số MOFs
Bảng 1.3. Dạng hình học, kim loại và ligan hữu cơ của một số ZIFs

52

Bảng 3.2. Đặc điểm cấu trúc của tinh thể nano-ZIF-8 tổng hợp trong dung

57

môi khác nhau.
Bảng 3.3. Đặc điểm cấu trúc của tinh thể nano-ZIF-8 tổng hợp với lƣợng

62

dung môi khác nhau
Bảng 3.4. Đặc điểm cấu trúc của tinh thể nano-ZIF-8 tổng hợp có và không

65

khuấy
Bảng 3.5. Đặc điểm cấu trúc của tinh thể nano-ZIF-8 tổng hợp ở các thời

68

gian khác nhau
Bảng 3.6. Đặc điểm cấu trúc của tinh thể nano-ZIF-8 tổng hợp ở nhiệt độ

71

khác nhau.
Bảng 3.7. Đặc điểm cấu trúc của tinh thể nano-ZIF-8 sấy ở nhiệt độ khác

74


97

tỉ lệ chất phản ứng.
Bảng 3.14. Sự phụ thuộc giữa độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm vào

98

thời gian phản ứng.
Bảng 3.15. Sự phụ thuộc giữa độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm vào

100

nhiệt độ phản ứng.
Bảng 3.16. Sự phụ thuộc giữa độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm vào
hàm lƣợng xúc tác

101


DANH MỤC HÌNH
Tên hình
Hình 1.1. Số lƣợng xuất bản về MOFs qua các năm

Trang
5

Hình 1.2. Một số cầu nối hữu cơ chứa N, S, P trong MOFs

6


Hình 1.10. Cấu trúc hình học của một số ZIFs

17

Hình 1.11. Sự hình thành ZIF-8

20

Hình 1.12. Cấu trúc SOD bởi SBUs và cầu nối hữu cơ trong ZIF-8

20

Hình 1.13. Góc M-IM-M và Si-O-Si trong ZIF-8 và trong zeolite

21

Hình 1.14. Ảnh XRD chuẩn của ZIF-8

21

Hình 1.15. Ảnh SEM của ZIF-8 đƣợc tổng hợp trong nƣớc ở nhiệt độ phòng

22

Hình 1.16. Sự phát triển của tinh thể ZIF-8

22

Hình 1.17. Mô tả sự tạo mầm và phát triển tinh thể ZIF-8

48

Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu tổng hợp từ muối Zn khác nhau ZnCl 2 (a),

51


Zn(NO3)2.6H2O (b) và Zn(CH3COO)2.2H2O (c).
Hình 3.2. Ảnh TEM của mẫu Z24-ZnN.

53

Hình 3.3. Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp trong dung môi khác nhau:

54

H2O (a), MeOH (b), EtOH (c), n-Pro (d) và i-Pro (e).
Hình 3.4. Ảnh SEM của mẫu Z24-Wat.

55

Hình 3.5. Ảnh TEM của các mẫu tổng hợp trong dung môi khác nhau:

56

MeOH (a), EtOH (b), n-Pro (c) và i-Pro (d).
Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu tổng hợp trong dung môi khác nhau:

57


khuấy (b).
Hình 3.13. Ảnh TEM của các mẫu tổng hợp có khuấy (a) và không khuấy

64

(b).
Hình 3.14. Ảnh SEM của các mẫu tổng hợp có khuấy (a) và không khuấy

65

(b).
Hình 3.15. Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp với thời gian kết tinh khác

66

nhau: 6 (a), 12 (b), 18 (c), 24 (d) và 30 giờ (e).
Hình 3.16. Ảnh TEM của các mẫu tổng hợp với thời gian kết tinh khác

67

nhau: 6 (a), 12 (b), 18 (c), 24 (d) và 30 giờ (e).
Hình 3.17. Ảnh SEM của các mẫu tổng hợp với thời gian kết tinh khác
nhau: 6 (a), 12 (b), 18 (c), 24 (d) và 30 giờ (e).

67


Hình 3.18. Giản đồ XRD của các mẫu tổng hợp với nhiệt độ kết tinh khác
o
nhau: 20 (a), 50 (b), 80 (c), 120 (d) và 150 C (e).

120 (b), 150 (c) và 180 C (d).
Hình 3.23. Ảnh SEM của các mẫu tổng hợp với nhiệt độ sấy khác nhau: (a),

73

o

120 (b), 150 (c) và 180 C (d).
Hình 3.24. Giản đồ XRD của các mẫu Z8-50C-kkh (a), Z8RSA (b),
Z8DMTT (c).

75

Hình 3.25. Ảnh SEM của các mẫu Z8-50C-kkh (a), Z8RSA (b), Z8DMTT

75

(c).
Hình 3.26. Ảnh TEM của các mẫu Z8-50C-kkh (a), Z8RSA (b), Z8DMTT

76

(c).
Hình 3.27. Giản đồ hấp phụ - giải hấp phụ nitơ và phân bố lỗ xốp của Z8-

77

50C- kkh (a) và Z8RSA (b).
Hình 3.28. Giản đồ DTA/TGA của mẫu Z8-50C-kkh (a) và mẫu Z8RSA



không khí ở các nhiệt độ khác nhau: 450 (b), 500 (c), 550 (d),
o
575 (e), 600 (f), 650 (g) và 700 C (h).
Hình 3.35. Giản đồ XRD của Nano-ZIF-8 lƣợng nhỏ (a) và lƣợng lớn gấp
20 lần (b).

88

Hình 3.36. Kết quả TPD-CO2 của mẫu ZIF-8 tổng hợp.

90

Hình 3.37. Kết quả TPD-NH3 của mẫu ZIF-8 tổng hợp.
Hình 3.38. Sơ đồ phản ứng giữa benzaldehyde và ethyl cyanoacetate.

90

Hình 3.39. Kết quả GC của sản phẩm phản ứng giữa BA và ECA với xúc

93

91

tác ZIF-8.
Hình 3.40. Kết quả MS của sản phẩm phản ứng giữa BA và ECA với xúc

93

tác ZIF-8.

dụng thực tiễn thuộc các lĩnh vực: hấp phụ khí, tách lọc, xúc tác và cảm ứng. Từ khi
đƣợc khám phá cho đến nay, vật liệu xốp đã và đang có sức hút lớn đối với sự quan
tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới trong thời gian qua và sẽ tiếp tục
đƣợc nghiên cứu phát triển mạnh mẽ trong tƣơng lai.
Hiện nay, nhiều nhà khoa học trên thế giới đang quan tâm nghiên cứu một loại
vật liệu xốp đƣợc phát triển vào năm 1995 bởi GS. Omar M.Yaghi và cộng sự, đó là
vật liệu khung hữu cơ – kim loại, viết tắt là MOFs (Metal Organic Frameworks) [1].
MOFs là vật liệu mao quản có cấu trúc tinh thể đƣợc tạo thành từ sự kết hợp của
các ion kim loại và các hợp chất hữu cơ. MOFs có diện tích bề mặt riêng rất lớn,
kích thƣớc mao quản và tính chất bề mặt có thể thay đổi [2]. Khả năng ứng dụng
của MOFs rất đa dạng: hấp phụ khí, lƣu trữ khí, xúc tác, cảm biến, … [3]. Với
những ƣu điểm về tính đồng đều, cấu trúc khung mạng cứng hoặc mềm dẻo, tính đa
dạng và khả năng thiết kế đƣợc cấu trúc, MOFs đƣợc xem là họ vật liệu mao quản
thế hệ mới với những khả năng vƣợt trội hiện nay.
Đến nay trên thế giới đã có hơn 20.000 loại MOFs [4] đƣợc nghiên cứu tổng
hợp, trong đó đáng chú ý là Zeolitic Imidazolate Frameworks, viết tắt là ZIFs. Đây
là họ vật liệu mới có cấu trúc tinh thể mang đặc tính độc đáo của cả hai dòng vật
liệu zeolit và MOFs, với hệ thống vi mao quản đồng nhất và có diện tích bề mặt rất
cao so với zeolite [5, 6, 7, 8], nhƣng vật liệu ZIFs phong phú hơn zeolite vì khi thay
đổi cầu nối hữu cơ có thể tạo ra vật liệu ZIFs mới với kích thƣớc mao quản khác
nhau. Hơn nữa, do có độ bền hóa học, bền thủy nhiệt lớn nhất trong vật liệu MOFs,
nên ZIFs đã và đang rất đƣợc chú ý trong những năm gần đây.
ZIF-8 là một trong số vật liệu ZIFs đƣợc nghiên cứu nhiều nhất và đƣợc tổng
hợp lần đầu vào năm 2006 bởi nhóm nghiên cứu của GS. Omar Yaghi. Cấu trúc của
2+

nó đƣợc tạo thành từ các ion Zn liên kết với các phân tử 2-methylimidazole tạo
thành vật liệu xốp có hệ thống vi mao quản đồng đều, cấu trúc có độ trật tự cao.
ZIF-8 là vật liệu bền hóa học và bền nhiệt nhất trong họ vật liệu ZIFs [7]. Trên thế
giới, đã có nhiều công bố nghiên cứu tổng hợp ZIF-8 với những phƣơng pháp tổng

mao quản trung bình nano-ZIF-8 làm chất xúc tác cho phản ứng giữa
Benzaldehyde và Ethyl cyanoacetate”.
Từ những vấn đề trên, luận án này được thực hiện với các mục tiêu sau:
1. Nghiên cứu một cách có hệ thống các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng
hợp ZIF-8 theo phƣơng pháp đã chọn để cho sản phẩm ZIF-8 có đặc trƣng tốt về độ
bền nhiệt, diện tích bề mặt riêng cao và hiệu suất cao.
2. Nghiên cứu phƣơng pháp tổng hợp ZIF-8 đơn giản và hiệu quả.
3. Khảo sát hoạt tính xúc tác của ZIF-8 cho phản ứng ngƣng tụ Knoevenagel
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:
+ Đối tƣợng: nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình kết tinh ZIF-8
tạo ra vật liệu ZIF-8 có đặc trƣng tốt và hiệu suất cao.
+ Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nƣớc về ZIF-8 nói riêng và vật liệu MOFs
nói chung.
- Dùng phƣơng pháp nhiệt dung môi để nghiên cứu tổng hợp ZIF-8 và sử
dụng các phƣơng pháp hóa lý hiện đại để nghiên cứu đặc trƣng vật liệu.


3

- Dùng hệ phản ứng xúc tác dị thể rắn – lỏng để khảo sát hoạt tính xúc tác của
ZIF-8 trong phản ứng giữa benzaldehyde và ethyl cyanoacetate.
Nội dung:
- Tổng hợp ZIF-8 bằng phƣơng pháp nhiệt dung môi.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp ZIF-8 gồm: loại
muối kẽm, dung môi, hàm lƣợng dung môi, hàm lƣợng kẽm, hàm lƣợng Hmim,
thời gian kết tinh, nhiệt độ kết tinh, có khuấy hoặc không khuấy, nhiệt độ sấy, chất
bổ sung.
- Khảo sát hoạt tính xúc tác của ZIF-8 bằng phản ứng Knoevenagel và nghiên
cứu các yếu tố liên quan đến phản ứng gồm: nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ chất phản ứng,


Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về vật liệu khung hữu cơ - kim loại (MOFs)
1.1.1. Giới thiệu về MOFs
Những hội nghị khoa học về vật liệu mới trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác
trong thời gian qua đã chứng minh sự bùng nổ chƣa từng thấy về loại vật liệu xoay
quanh khung hữu cơ – kim loại (MOFs). Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
MOFs, những vật liệu có cấu trúc tƣơng tự nhƣ Isoreticular Metal-organic
frameworks (IRMOFs), Matériaux Institut Lavoisier (MILs), Microporous metalorganic frameworks (MMOFs), Porous coordination numbers (PCNs), Porous
coordination polymers (PCPs) cũng đã đƣợc nghiên cứu.
Vật liệu tƣơng tự MOFs đã đƣợc đề cập đến từ cuối những năm 1950 [26].
Nhƣng mãi cho đến những năm cuối của thế kỷ qua loại vật liệu này mới đƣợc nghiên
cứu và phát triển trở lại lần đầu tiên bởi Robson và cộng sự [27]. Năm 1995, Yaghi và
cộng sự tổng hợp thành công vật liệu MOFs có không gian bên trong rộng lớn từ
Cu(NO3)2 với 4.4-bipyridiene và 1,3,5-triazine [1]. Năm 1997, Kitagawa và cộng sự
tổng hợp thành công vật liệu MOFs có cấu trúc không gian 3 chiều cho hấp phụ khí
[28]. Những năm tiếp theo, nhiều vật liệu MOFs đã đƣợc khám phá và đƣợc đề cập là
vật liệu lai vô cơ – hữu cơ hay vật liệu polymer đồng trùng hợp. Năm 1999, Stephen và
cộng sự đã tổng hợp đƣợc HKUST-1 [29], cùng năm đó nhóm của Li và giáo sƣ Yaghi
đã tổng hợp đƣợc MOF-5 [30]. Sau đó, từ năm 2002, Feyrey và cộng sự đã tổng hợp
đƣợc vật liệu MIL-53(Cr) và MIL-53(Al) tại viện vật liệu Lavoisier [31, 32]. Khi
nghiên cứu về vật liệu MIL-101, Feyrey cho thấy có thể dự đoán đƣợc cấu trúc tinh thể
nhờ vào sự kết hợp giữa lĩnh vực hóa học và mô phỏng tối ƣu [33]. Năm 2006, một
bƣớc ngoặc mới của vật liệu MOFs đƣợc mở ra khi GS. Yaghi và cộng sự tổng hợp
đƣợc vật liệu có độ ổn đinh hóa học cao từ imidazole tạo nên ZIF-1, ZIF-4, ZIF-6, ZIF8, ZIF-10, ZIF-11 với kẽm, ZIF-9, ZIF-12 với coban và ZIF-5 với hỗn hợp kẽm và iđi
[7]. Hai năm sau, năm 2008, một mạng lƣới mới đƣợc tổng hợp tham gia vào danh
sách của MOFs là UiO-66 bởi nhóm của Lillerud thuộc đại học của Oslo [34]. Năm
2010, bằng phƣơng pháp nhiệt dung môi, Nathaniel L. Rosi và cộng sự đã tổng hợp
đƣợc Bio-MOF-11 [35].


Năm

Hình 1.1. Số lượng xuất bản về MOFs qua các năm [37].

1.1.2. Thành phần và cấu trúc của MOFs
1.1.2.1. Thành phần
MOFs gồm hai thành phần:
- Phần vô cơ: Đƣợc tạo nên bởi các kim loại gồm:
2+

2+

2+

+ Ion kim loại: Thƣờng là các kim loại chuyển tiếp nhƣ Zn , Cu , Co ,
2+

Mn ..., các nguyên tố đất hiếm nhƣ Sc, Ytri hoặc kim loại nhóm A nhƣ Al, Ga.
Trong đó, kim loại chuyển tiếp có nhiều obitan hóa trị, có nhiều obitan trống và có
độ âm điện lớn hơn kim loại kiềm và kiềm thổ nên có khả năng nhận cặp electron,
vì vậy khả năng tạo phức của các nguyên tố chuyển tiếp rất rộng và đa dạng. Nhiều
ion kim loại chuyển tiếp có thể tạo phức hoặc tạo mạng lƣới với các cầu nối hữu cơ
khác nhau.
2-

-

-

-


H atc: adamatanetetracarboxylic
4

H3tapb: 4,4’,4‖- (triazine-2,4,6-triyltris(benzene-4,1-diyl)) tribenzoic

H2bpdc: biphenyl-4,4’-dicarboxylic

H2 dhbdc: 2,5-dihidroxy-1,4-benzenedicarboxylic acid

H2 ndc: 2,6-naphthalenedicarboxylic acid
H4atb: 1,3,5,7-adamantanetetrabenoic acid

Hình 1.2. Một số cầu nối hữu trong thành phần MOFs [39].

1.1.2.2. Cấu trúc
a. Đơn vị cấu trúc thứ cấp SBUs
Bằng cách khác, cấu trúc MOFs đƣợc mô tả là sự kết nối giữa các đơn vị cấu
trúc thứ cấp SBUs của ion kim loại và các nguyên tử O, N, …với các cầu nối hữu
cơ (ligand) tạo nên cấu trúc không gian ba chiều (hình 1.3). Đơn vị cấu trúc thứ cấp
SBUs đƣợc sử dụng nhƣ là công cụ để đơn giản hóa cấu trúc phức tạp của MOFs.
Trong cấu trúc tinh thể của vật liệu MOFs, các nhóm chức cho điện tử (chứa
các nguyên tử còn cặp điện tử chƣa liên kết nhƣ O, N, S, P) của cầu nối hữu cơ tạo


7

các liên kết phối trí và cố định các cation kim loại hoặc các cụm kim loại tạo thành
đơn vị cấu trúc cơ bản nhất của MOFs, gọi là đơn vị cấu trúc thứ cấp SBUs
(Secondary Building Units). Về mặt hóa học của MOFs, các SBUs là những ion kim

Không

MOF-36

Cấu trúc
kiểu SrAl2
Cấu trúc kiểu
CaGa2O4
Thiết kế mở
rộng

MOF-37

Thiết kế mở
Không

MOF-38, 39

rộng CaB6

Thiết kế mở rộng
Không
kiểu mạng 3,6(MOF-38)
Thiết kế mở rộng
kiểu mạng 3,6(MOF-39)
Hình 1.3. Một số dạng SBUs trong cấu tạo MOFs [42].


8




9

IRMOF-1 còn khi liên kết với cầu nối BPDC thì tạo thành IRMOF-10 (hình 1.6).
Do đó ngƣời ta có thể dựa vào dạng hình học của các SBUs để dự đoán đƣợc dạng
hình học của cấu trúc MOFs tạo thành [45]. Do khả năng kết hợp đa dạng giữa các
đơn vị SBUs với các cầu nối hữu cơ khác nhau mà số lƣợng chủng loại MOFs tăng
nhanh và rất đa dạng.

Hình 1.6. ZnO(CO)6 kết hợp với cầu nối khác nhau tạo
MOFs khác nhau [46].

Sự thay đổi cấu trúc bên trong khung mạng của MOFs có thể đƣợc thực hiện
bằng các phƣơng pháp sau:
- Thay đổi cầu nối hữu cơ bên trong.
- Trao đổi hoặc đƣa thêm vào ion kim loại/ đơn vị thứ cấp SBUs.
- Đƣa thêm vào một số thành phần khác vào trong mao quản (hình 1.7).

Hình 1.7. Sự thay đổi bên trong cấu trúc của MOFs: a) không thay đổi,
b) thay đổi ion kim loại, c) thay đổi cầu nối hữu cơ, d) đưa thêm vào
những thành phần khác [48].

Cấu trúc phức tạp trong mạng lƣới của MOFs thƣờng đƣợc so sánh với cấu
trúc của các protein, ở đó phân tử lớn đƣợc xác định theo bốn mức độ cấu trúc khác
nhau: sơ cấp, thứ cấp, bậc ba, bậc bốn [38]. Từ sự so sánh này cho phép hình dung
chính xác về cách sắp xếp hệ thống của các đơn vị đơn lẻ và ảnh hƣởng của các
thành phần này đến tính chất của MOFs.



Zr

1,4-benzendicacboxylic axit
C: đen, O: đỏ, Zr:

UiO-66

xanh dƣơng

C8H8Zr6O14
Zn

2-metylimidazol

ZIF-8
C: xám, N: xanh,
Zn: màu tím

C8H12N4Zn

Cu
NOTT-109
C35H43N3Cu2O16

’

’

2,2 -dimetoxy-4,4 biphenyldicacboxylic axit
C: đen, O: đỏ,