1.2.1 Vật liệu MIL-101
MIL-101 là kết quả nghiên cứu tổng hợp của một nhà khoa học G. Férey người Pháp (MIL là viết tắt của Matériaux de l'Institut Lavoisier). Vào tháng 9 năm 2005, nhà nghiên cứu khoa học của Trường Đại học Versailles (Pháp) phối hợp với các dòng tia ID31 tại cơ sở bức xạ Synchrotron châu Âu (ESRF), báo cáo tiến độ của họ trong việc thiết kế và đặc trưng vật liệu microporous. Sự kết hợp của hóa học lão luyện và thiết kế tính toán đã tổng hợp nên một vật liệu mới, được đặt tên MIL-101, với kích thước mao quản lớn (ø ~ 3.4nm) và diện tích bề mặt cao (5.900 m2/g).
Như vậy, MIL-101 là vật liệu tinh thể thuộc họ vật liệu MOFs. MIL-101 được tổng hợp từ nguồn kim loại là muối Cr(III) (ở đây sử dụng muối Cr(NO3)3.9H2O) và axit terephtalic bằng phương pháp thuỷ nhiệt trong khoảng 9 giờ ở nhiệt độ 220o C. Sau quá trình kết tinh thủy nhiệt thu được 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
13
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.
Hình 1.8: Cấu trúc tinh thể MIL-101
Đó là kiến trúc tốt nhất từng được tạo ra bởi nhóm nghiên cứu, cho thấy những giá trị cao nhất từng đạt được trong thiết kế tổng hợp khung kim loại - hữu cơ. MOFs với loại lồng nhỏ (cửa sổ ngũ giác có đường kính mao quản 12,0 Å) trong khi lồng lớn có cả cửa sổ ngũ giác và lục giác lớn hơn có đường kính 14,5 và 16,0Å.
Do có kích thước mao quản lớn (ø ~ 3,4nm) và diện tích bề mặt cao, nên hiện nay MIL-101 đang là một trong những vật liệu MOFs điển hình với các tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm cả phân hóa học, chất xúc tác không đồng nhất và lưu trữ khí.