Khung kim loại - hữu cơ (MOF) là một trong những vật liệu hữu ích và linh hoạt nhất hiện nay về cấu trúc, độ xốp cao và các tính chất quang học và điện tử hấp dẫn. Những đặc điểm này làm cho vật liệu trở nên triển vọng cho nhiều ứng dụng, bao gồm thu và tách khí, cảm biến và chất xúc tác quang.

Vì MOF rất linh hoạt về cả thiết kế và tính hữu dụng của cấu trúc, nên các nhà khoa học vật liệu hiện đang thử nghiệm MOF trong một số ứng dụng hóa học. Một trong những ứng dụng là xúc tác quang, đây là quá trình trong đó vật liệu nhạy quang bị kích thích bởi ánh sáng. Năng lượng dư thừa được hấp thụ làm lệch hướng các điện tử từ quỹ đạo nguyên tử của chúng, tạo ra "lỗ điện tử". Sự hình thành các cặp lỗ điện tử này rất quan trọng trong bất cứ quá trình năng lượng phụ thuộc vào ánh sáng và trong trường hợp này, nó cho phép MOF ảnh hưởng đến nhiều phản ứng hóa học khác nhau.

Một nhóm các nhà khoa học tại trường Đại học bách khoa liên bang Lausanne (EPFL) do Kyriakos Stylianou tại Phòng thí nghiệm Mô phỏng phân tử dẫn đầu, đã phát triển được một hệ thống dựa vào MOF có thể thực hiện không chỉ một mà cả hai loại xúc tác quang: sản xuất hydro và lọc các chất gây ô nhiễm ra khỏi nước. Vật liệu chứa photphua niken rẻ tiền, dồi dào (Ni2P) và được phát hiện thấy thực hiện quang xúc tác hiệu quả dưới tác động của ánh sáng nhìn thấy.

Loại xúc tác quang đầu tiên sản xuất hydro, liên quan đến phản ứng tách nước. Phản ứng này phân chia các phân tử nước thành các thành phần hydro và oxy. Một trong những ứng dụng quy mô lớn hơn là sử dụng hydro cho pin nhiên liệu, là các thiết bị cung cấp năng lượng được ứng dụng trong nhiều công nghệ ngày nay, bao gồm vệ tinh và tàu con thoi.

Loại xúc tác quang thứ hai được gọi là sự "suy giảm của chất ô nhiễm hữu cơ", đề cập đến các quá trình phân hủy chất ô nhiễm trong nước. Các nhà khoa học đã nghiên cứu khả năng hệ thống quang xúc tác mới dựa vào MO phân hủy thuốc nhuộm độc hại rhodamine B, thường được sử dụng để mô phỏng các chất ô nhiễm hữu cơ.

Các nhà khoa học đã thực hiện cả hai thử nghiệm theo trình tự, cho thấy hệ thống quang xúc tác dựa vào MOF có thể kết hợp hệ thống quang xúc tác của hydro với khả năng phân hủy của rhodamine B trong một quá trình duy nhất. Điều này có nghĩa là hiện có thể sử dụng hệ thống quang xúc tác này để vừa xử lý chất ô nhiễm, vừa sản xuất hydro làm nhiên liệu.

Kyriakos Stylianou cho biết: Hệ thống quang xúc tác kim loại quý hiếm này đưa lĩnh vực xúc tác quang tới gần đến các ứng dụng được định hướng bởi năng lượng mặt trời thực tế và cho thấy tiềm năng to lớn của MOF trong lĩnh vực này.

Nguồn: NASATI