Vật liệu khung hữu cơ – kim loại MOFs là một nhóm các vật liệu tổ hợp được hình thành bởi hai cấu tử chính: (1) các ion kim loại hoặc tổ hợp ion
kim loại, và (2) các phối tử hữu cơ [7]. Cấu tạo của một vật liệu MOFs cơ bản được mô tả trong Hình 1.2.
Hình 1.2. Cấu tạo của vật liệu MOFs cơ bản bao gồm ion kim loại và phối tử
hữu cơ
Trong cấu trúc vật liệu MOFs, các ion kim loại và phối tử hữu cơ (chính là các ligand) được liên kết với nhau thơng qua liên kết phối trí hình hành một hệ thống khung mạng khơng gian ba chiều với những tính chất xốp đặc biệt, trong đó nổi bật nhất là diện tích bề mặt riêng rất lớn, cao hơn nhiều so với những vật liệu mao quản thông thường khác [8,9].
Để thuận lợi cho việc hình thành liên kết phối trí với ion kim loại, các phối tử hữu cơ thường sử dụng là các hợp chất gốc cacboxylat, gốc phosphonat, gốc sunfonat, gốc amin, hoặc gốc nitril. Bên cạnh đó, nhằm đảm bảo tính bền vững cho tồn bộ cấu trúc vật liệu, các phối tử hữu cơ thường được lựa chọn là những hợp chất với cấu trúc phân tử cứng nhắc, ví dụ như các hợp chất chứa nhân thơm. Liên kết phối trí giữa phức đa phối tử hữu cơ và ion kim loại hình thành nên khối đa diện kim loại – phối tử, phần lớn là khối đa diện kim loại – oxy. Các khối đa diện này có thể liên kết với nhau để tạo thành các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBUs) [10].
Hình 1.3. Ví dụ về các đơn vị cấu trúc thứ cấp SBUs của vật liệu MOFs
tổng hợp từ phối tử hữu cơ gốc cacboxylat
Các muối kim loại thường được sử dụng cho việc tổng hợp vật liệu MOFs là các muối như FeCl2.4H2O, Co(OAc)2.4H2O, Cu(NO3)2.4H2O, Zn(NO3)2.4H2O… Các phối tử hữu cơ thường được sử dụng cho việc tổng hợp vật liệu MOFs là các hợp chất chứa nhiều nhóm chức cacboxylic như axit oxalic, axit fumaric, axit trimesic... Ngày nay, hướng nghiên cứu liên quan đến vật liệu MOFs chủ yếu tập trung vào lựa chọn các tổ hợp ion kim loại và phối tử hữu cơ phù hợp nhằm mục đích thu được vật liệu với những tính chất mong muốn, nhất là những cấu trúc kích thước nano đặc biệt.