Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.3 Kết quả tổng hợp xúc tác MOF-199 (Cu 3 (BTC) 2
Xúc tác MOF-199 được xác định đặc trưng bằng hàng loạt các kĩ thuật phân tích khác nhau như sau:
3.3.1 Phổ nhiễu xạ Rửntgen
Kết quả phõn tớch nhiễu xạ Rửntgen của MOF-199 (hỡnh 3.14) bờn dưới cho thấy rằng MOF-199 có các mũi rất nhọn đặc trưng vật liệu cấu trúc tinh thể cao. Ba mũi nhiễu xạ góc hẹp tại các vị trí 2θ = 5, 8 và 10o đều là các mũi nhọn và phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây [42] [79] [80] .
Hình 3. 14 :Phổ XRD của MOF-199.
3.3.2 Phổ hồng ngoại
45
Kết quả phổ hồng ngoại của Cu3(BTC)2 (a) và 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (b) ( hình 3.15 ) cho ta thấy rằng đã có phản ứng giữa ion Cu2+ và cầu nối hữu cơ 1,3,5- benzenetricarboxylic acid. Cụ thể trong phổ hồng ngoại của 1,3,5-benzenetricarboxylic acid mũi hấp thu C=O tại số sóng 1721 cm-1 đã bị dịch chuyển sang trái so với trong phổ hồng ngoại Cu3(BTC)2 tại số sóng 1647 cm-1. Điều này cho thấy cầu nối hữu cơ, hay chính xác là nhóm –COOH trong nó, đã nhường proton hoàn toàn và liên kết với ion kim loại. Và kết quả này cũng tương tự với kết quả phổ hồng ngoại của MOF-199 được báo cáo trước đây của nhóm tác giả Russell E.Morris [81].
Hình 3. 15 :Phổ FT-IR của Cu3(BTC)2 (a) và 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (b).
3.3.3 Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA
Kết quả phân tích nhiệt của MOF-199 cho thấy trên đường cong TGA từ khoảng nhiệt độ từ 150 đến 300oC ít có sự mất khối lượng. Điều này chứng tỏ rằng MOF-199 rất bền nhiệt trong khoảng nhiệt độ trên và có khả năng ứng dụng rộng cho
46
vật liệu này. Từ khoảng nhiệt độ 300oC đến 350oC có sự giảm khối lượng rõ rệt do phá
vỡ cấu trúc hữu cơ của vật liệu. Ngoài ra, khi so sánh kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của hai mẫu mới tổng hợp và sau khi hoạt hoá, có thể thấy rằng giai đoạn trao đổi dung môi và hoạt hoá đã giúp loại hầu hết các phân tử dung môi còn sót bên ngoài
và bên trong cấu trúc Cu3(BTC)2. Kết quả này phù hợp với các công trình nghiên cứu trước đây[43, 80]
Hình 3. 16: Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của Cu3(BTC)2 đã hoạt hoá (a) và mới
tổng hợp (b)
3.3.4 Quan sát vật liệu bằng phương pháp SEM,TEM
47 Hình 3. 17 Kết quả SEM (a) và TEM (b) của MOF-199.
Kết quả phân tích SEM cho thấy tinh thể dạng bát diện cao, ba chiều (hình 3.17a) kết quả TEM của MOF-199 cho thấy vật liệu có cấu trúc xốp không đồng nhất (hình 3.17b). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của nhóm tác giả Dirk E. De Vos [80].
3.3.5 Kết quả xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử ngọn lửa
Phân tích hàm lượng kim loại đồng tổng hợp được theo phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử cho thấy: đồng chiếm 88% khối lượng của Cu3(BTC)2. Độ chênh lệch hàm lượng đồng trong Cu3(BTC)2 phù hợp với kết quả đo được so với lý thuyết < 5%. Vì vậy, công thức Cu3(BTC)2 đề nghị là phù hợp.
3.3.6 Hấp phụ và giải hấp N2 ở 77K và giản đồ phân bố lỗ xốp của MOF-199
Kết quả hấp phụ N2 ở 77K của Cu3(BTC)2 (hình 3.18): cho thấy ở áp suất P/P0 =
1, thể tích hấp phụ tối đa của vật liệu là xấp xỉ 440 cm3/g. Bề mặt riêng tính theo phương pháp BET (lấy khoảng áp suất tính toán P/P0 = 0,05 – 0,3) là 1459 m2/g , và theo phương pháp Langmuir (lấy khoảng áp suất tính toán P/P0 = 0,05 – 0,3) là 2111
48
m2/g. Những kết quả này chứng tỏ được MOF-199 là vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn. Kết quả dạng đường hấp phụ của Cu3(BTC)2 cũng phù hợp với kết quả được Dinca
và các cộng sự công bố gần đây khi nghiên cứu họ vật liệu đẳng cấu trúc M3(BTC)2 (M
= Cu, Cr, Mo, Ru, Ni) [82].
Hình 3. 18 Đường hấp phụ và giải hấp N2 ở 77K trong khoảng áp suất P/P0 = 0 – 1 Dựa vào đường phân bố lỗ xốp hình 3.19 có thể thấy được kích thước đường kính lỗ xốp trung bình của giản đồ phân bố lỗ xốp của Cu3(BTC)2 là 12,8 Å. Dù kết quả cho thấy phân bố lỗ xốp của Cu3(BTC)2 tương đối phức tạp, trong đó khoảng phân
bố kéo rộng từ 4 Å đến khoảng 16Å nhưng do không tồn tại lỗ xốp có kích thước lớn hơn 20 Å nên Cu3(BTC)2 được xếp vào nhóm vật liệu vi xốp, điều vẫn thường thấy với nhiều loại vật liệu MOF cổ điển.