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

Với quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng, nước thải chứa các chất hữu cơ ô nhiễm đang gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Trong số các phương pháp xử lý, quang xúc tác là một kỹ thuật hiệu quả nhờ khả năng khai thác năng lượng mặt trời để phân hủy chất ô nhiễm. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) trên cơ sở bismuth (Bi-MOFs) có nhiều ưu điểm nhưng còn hạn chế về hiệu quả xúc tác quang do vùng cấm lớn và tái hợp điện tử. Luận án này tập trung tổng hợp vật liệu khung cơ kim loại trên cơ sở bismuth và các hệ dị thể của chúng nhằm tăng cường khả năng xúc tác quang hóa để phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm.

Luận án này hướng đến các nhà nghiên cứu, sinh viên sau đại học và chuyên gia trong lĩnh vực hóa học, kỹ thuật hóa học, khoa học vật liệu và công nghệ môi trường, đặc biệt là những người quan tâm đến vật liệu khung cơ kim loại (MOF) và ứng dụng xúc tác quang trong xử lý ô nhiễm.

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng các vật liệu khung cơ kim loại trên cơ sở bismuth (Bi-MOFs) và các hệ vật liệu composite liên quan nhằm nâng cao hiệu quả xúc tác quang hóa để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Mục tiêu chính là tối ưu hóa các đặc tính cấu trúc, quang học và lý-hóa của vật liệu để cải thiện hiệu suất trong ứng dụng xúc tác quang. Các đối tượng nghiên cứu bao gồm Bi-MOFs với các cầu nối hữu cơ H2BDC, H3BTC, cùng các hệ composite như CAU-17/BiOCl và BiOCl/BHP. Các chất ô nhiễm đại diện được sử dụng để đánh giá hoạt tính xúc tác là rhodamine B (RhB), tetracycline (TC) và sulfamethoxazole (SMX). Nội dung nghiên cứu bao gồm tổng hợp các vật liệu BiBDC, CAU-17, UU-200, MIX-UCAU, CAU-17/BiOCl và BiOCl/BHP. Các vật liệu tổng hợp được đặc trưng chi tiết bằng nhiều phương pháp phân tích như XRD, FT-IR, SEM, TEM, XPS, BET, UV-Vis DRS, EIS và PL để xác định cấu trúc, hình thái và tính chất quang học. Hoạt tính xúc tác quang được đánh giá thông qua khả năng phân hủy các chất ô nhiễm dưới ánh sáng nhìn thấy. Về mặt khoa học, nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý luận vững chắc cho việc tổng hợp và đặc trưng vật liệu Bi-MOFs và hệ composite, làm rõ mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất, từ đó thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực quang xúc tác và khoa học vật liệu. Về mặt thực tiễn, các vật liệu tổng hợp cho thấy hiệu quả cao trong việc phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Tính mới của luận án thể hiện ở việc tổng hợp thành công BiBDC bằng phương pháp nhiệt dung môi với việc nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất vật liệu và hoạt tính xúc tác. Luận án cũng tổng hợp thành công MIX-UCAU (tích hợp từ CAU-17 và UU-200) với khả năng tách cặp mang điện tích quang sinh tốt hơn, cùng với việc tổng hợp composite CAU-17/BiOCl và BiOCl/BHP từ MOF CAU-17, cho thấy hiệu suất cao trong phân hủy RhB, TC và SMX, đồng thời đề xuất cơ chế xúc tác quang theo kiểu hệ dị thể S-scheme.