Luận án Tiến sĩ: Tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của vật liệu khung cơ kim loại trên cơ sở Bismuth

Tình trạng ô nhiễm môi trường do các chất hữu cơ độc hại như thuốc nhuộm và kháng sinh từ các ngành công nghiệp đang đặt ra thách thức nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh. Trong số các phương pháp xử lý nước thải, xúc tác quang nổi bật nhờ khả năng khoáng hóa hoàn toàn các chất ô nhiễm thành sản phẩm ít độc hại. Tuy nhiên, hiệu quả xúc tác quang thấp và khả năng hấp thụ ánh sáng hạn chế vẫn là những rào cản chính. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu xúc tác quang hiệu quả là cực kỳ cần thiết. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs) đã thu hút sự chú ý đáng kể nhờ cấu trúc xốp cao, diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, đặc biệt là các MOFs dựa trên bismuth, mở ra tiềm năng lớn cho ứng dụng trong xử lý môi trường.

Nghiên cứu sinh, giảng viên, và chuyên gia trong lĩnh vực Kỹ thuật Hóa học, Khoa học Vật liệu, Hóa học Môi trường, và Công nghệ xử lý nước, đặc biệt quan tâm đến vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs) và ứng dụng xúc tác quang.

Luận án tập trung vào tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của vật liệu khung cơ kim loại (MOFs) trên cơ sở bismuth (Bi-MOFs) và các vật liệu composite tương tự làm xúc tác quang để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ như rhodamine B (RhB), tetracycline (TC) và sulfamethoxazole (SMX). Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu BiBDC thông qua phương pháp nhiệt dung môi, cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp đến hình thái và năng lượng vùng cấm, với BiBDC-100 đạt hiệu suất phân hủy RhB cao nhất (98%) và độ ổn định tốt. Tiếp theo, các vật liệu Bi-MOFs khác như CAU-17, UU-200 và vật liệu lai tạo MIX-UCAU cũng được tổng hợp. MIX-UCAU nổi bật nhờ bề mặt cấu trúc dị thể, giúp cải thiện khả năng phân tách cặp điện tử-lỗ trống và nâng cao hoạt tính xúc tác quang, đạt hiệu suất phân hủy RhB 99%. Luận án cũng phát triển thành công composite CAU-17/BiOCl bằng phương pháp nhiệt dung môi, với CAU-17 được tạo trực tiếp trên BiOCl. Vật liệu này thể hiện hoạt tính xúc tác quang vượt trội, phân hủy 96% RhB và 78.4% TC, nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng được cải thiện, bổ sung tâm xúc tác và phân tách điện tích hiệu quả theo mô hình liên kết dị thể S-scheme. Hơn nữa, vật liệu BiOCl/BHP được tổng hợp in situ từ khung CAU-17 cũng chứng minh hiệu quả cao, đạt 99.8% phân hủy RhB và 75.1% SMX, nhờ tương tác bề mặt và tăng cường hấp thụ ánh sáng khả kiến. Các kết quả này chứng minh tiềm năng lớn của Bi-MOFs và các vật liệu composite trong các ứng dụng xúc tác quang tiên tiến cho xử lý môi trường.