Vật liệu khung hữu cơ – kim loại (Metal Organic Framework, MOF)

-MOF là vật liệu có độ xốp cao được tạo thành khi các ligand carboxylat hữu cơ gắn kết với các cluster kim loại để tạo ra cấu trúc khung không gian ba chiều với những lỗ xốp có kích thước ổn định. Cấu trúc khung của vật liệu có độ ổn định cao nhờ độ bền của liên kết kim loại – oxy. Các khung này giữ nguyên cấu trúc ngay cả khi các phân tử dung môi nằm trong các lỗ xốp bị giải hấp ra ngoài. Kết quả là vật liệu có dạng khung tinh thể với tỉ trọng thấp và diện tích bề mặt cao.
Bằng cách thay đổi các cầu nối hữu cơ hoặc ion kim loại ta có thể thay đổi được kích thước lỗ xốp của vật liệu thông qua đó điều chế được các vật liệu xốp có khả năng hấp thụ chọn lọc. MOF được nghiên cứu thành công nhất bởi nhóm của GS Omar Yaghi tại Trường Đại học California tại thành phố Los Angeles, Mỹ (UCLA).

Một trong các đặc điểm nổi bật của loại vật liệu này là bề mặt riêng cực lớn, tới hàng ngàn mét vuông cho 1g. Thực nghiệm cho thấy vật liệu MOF là vật liệu có bề mặt riêng lớn nhất trong số các vật liệu tinh thể: Bề mặt riêng cao nhất của vật liệu zeolit là khoảng 900 m2/g trong khi đó MOF-200 có thể đạt tới 10.000 m2/g. Cùng với bề mặt riêng cực lớn, các vật liệu MOF có độ xốp rất cao và do đó có khả năng lưu giữ các khí mà người ta không muốn xả thẳng ra môi trường như carbonic, hoặc lưu giữ các loại khí làm nhiên liệu cho xe ôtô như hyđrô, mêtan … Từ đó người ta nghĩ ngay tới việc dùng các bình chứa có vật liệu MOF bên trong để tăng đáng kể tới hàng chục lần khả năng lưu trữ các loại khí này so với các loại bình không có vật liệu MOF bên trong. Chính bởi lý do đó MOF được các nhà khoa học và giới công nghiệp xem như những vật liệu của tương lai có khả năng tạo nên những thay đổi mang tính cách mạng đối với những lĩnh vực quan trọng nhất của thế giới như năng lượng, bảo vệ môi trường, y tế. Ngoài khả năng lưu trữ, các vật liệu MOF còn có thể ứng dụng rất hiệu quả trong việc tách khí CO2 từ các hỗn hợp khí.

Nhóm nghiên cứu năng lượng bền vững tại PTN Hóa lý Ứng dụng cùng với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa là hai nhóm hạt nhân trong việc triển khai chương trình tiến sĩ MANAR, chương trình hợp tác nghiên cứu đào tạo giữa ĐHQG-HCM với UCLA về nghiên cứu chế tạo vật liệu MOF. Hiện nhóm đang phối hợp với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa thực hiện 02 đề tài NCKH trọng điểm cấp ĐHQG, 01 đề tài hợp tác quốc tế theo nghị định thư trong lĩnh vực vật liệu MOF với tổng kinh phí khoảng 4 tỷ đồng. Kết quả bước đầu nhóm đạt được rất khả quan như: đã tổng hợp được vật liệu MOF-5 với diện tích bề mặt 2600 m2/g tương đương với kết quả của nhóm nghiên cứu của Giáo sư Yaghi; bước đầu thành công trong việc tổng hợp ra vật liệu MOF mới chưa từng được công bố với điện tích bề mặt 3400 m2/g.