2.3.3. Ứng dụng của vật liệu MOFs

2.3.3. Ứng dụng của vật liệu MOFs

Những đặc trưng lý thú của MOFs như độ bền nhiệt động cao, hàm lượng kim loại nhiều đã được công bố trước đây trong những báo cáo đầu tiên về cacboxylat của các kim loại như kẽm, niken, sắt, nhôm vào năm 1965. Tuy nhiên, như đã mô tả ở trên thì những đặc trưng cấu trúc của MOFs có thể được điều chỉnh phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Nhìn chung, những ứng dụng của vật liệu MOFs có thể chia thành 3 lĩnh vực chính sau [120]:

2.3.3.1. Lĩnh vực xúc tác So với zeolit, MOFs có độ bền nhiệt động thấp hơn vì vậy chúng thường không được sử dụng trong các quá trình ở nhiệt độ cao như xúc tác cho phản ứng cracking. Bằng chứng đầu tiên về khả năng xúc tác của MOFs là phản ứng este hóa trên MOF-2 và MOF-5, do số phối trí của Zn đã bão hòa nên thể hiện khả năng este hóa chọn lọc hơi yếu. Do vậy, trong quá trình xúc tác thường người ta chọn những kim loại chưa bão hòa số phối trí vì chúng có ảnh hưởng tích cực đến quá trình xúc tác. Xúc tác của vật liệu MOFs chứa Zn đạt hiệu quả nhất đó là sự hoạt hóa alkoxi và cacbon dioxit cho sự hình thành polypropylene carbonate. Những phản ứng xúc tác với các nhóm khác nhau của MOFs cũng đã được biết đến như phản ứng trùng hợp Ziegler–Natta, phản ứng đóng vòng Diels–Alder, este hóa trans, cyanosilylation của andehit, hidro hóa, đồng phân hóa. Các tâm kim loại trong khung mạng dễ dàng bị thay thế đồng hình hứa hẹn nhiều ứng dụng to lớn trong chế tạo xúc tác, Bên cạnh đó diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tán các tâm xúc tác trên vật liệu MOFs. Khi gắn các kim loại hoặc các nano oxit kim loại khác nhau trên hệ thống mao quản của MOFs thì có thể biến tính bề mặt vật liệu thành hàng loạt các vật liệu làm xúc tác cho các phản ứng khác nhau. Ví dụ khi đưa vào khung mạng các oxit kim loại hay các kim loại như Ti, Ag, Au, Zr, Cu, Cr, Fe … sẽ tạo thành các xúc tác redox hoặc tạo thành xúc tác dị thể axit rắn, kiềm rắn, xúc tác quang hóa… Các nghiên cứu sâu hơn sau này sẽ chứng minh được giá trị của MOFs trong lĩnh vực ứng dụng của vật liệu, đặc biệt là về cơ chế xúc tác chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống của lớp vật liệu này. 2.3.3.2. Lĩnh vực lưu trữ khí MOFs đang giữ kỷ lục về diện tích bề mặt lớn nhất trong các loại vật liệu hiện nay đang được biết đến. Đặc trưng này đã khiến MOFs trở thành ứng cử viên xuất sắc trong các lĩnh vực ứng dụng liên quan đến quá trình lưu trữ khí đặc biệt là lưu trữ khí hidro. Việc lưu trữ khí an toàn và hiệu quả là một trong những tiêu chí quan trọng cho việc ứng dụng các nguồn năng lượng mới trong lĩnh vực điện thoại di động, ô tô cũng như trong các thiết bị điện tử di động khác. Việc lưu trữ khí trong MOFs không chỉ bằng cách làm đầy các mao quản nhỏ khi ở áp suất rất thấp mà còn để lấp đầy thể tích trong các mao quản trung bình ở áp suất tương đối cao hơn, nhưng do diện tích bề mặt riêng của MOFs là lớn nên khả năng lưu trữ khí diễn ra thuận lợi hơn một số vật liệu đã biết đến như MCM-41, SBA-15, SBA-16… Ví dụ, MOFs có thể lưu giữ khí metan,