VNHN-Sau khi tốt nghiệp đại học (ĐH) ngành Hóa học Trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐH Quốc gia TPHCM), tân cử nhân Nguyễn Thị Kiều Phương mạnh dạn đăng ký làm nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa tổng hợp.
Ròng rã suốt 7 năm, cô bảo vệ thành công luận án tiến sĩ với thành quả 6 bài báo (tác giả chính 5 bài) được đăng trên các tạp chí uy tín quốc tế, thuộc danh mục ISI. Điều đáng nói là nữ tiến sĩ lại chọn hướng đi hoàn toàn mới trong lĩnh vực vật liệu mới (MOF), đó là chuyển hóa thành công khí CO2 thành một chất mới có thể sử dụng trong các lĩnh vực y tế, sản xuất công nghiệp...
Tiến sĩ Nguyễn Thị Kiều Phương kiểm tra chất MOF mới tại phòng thí nghiệm
Không ngại gian khó
Nhớ lại lúc về Trung tâm Nghiên cứu vật liệu cấu trúc Nano và phân tử, Tiến sĩ Nguyễn Thị Kiều Phương chia sẻ: “Tốt nghiệp năm 2011, tôi đã mạnh dạn xin về trung tâm và may mắn được các thầy tạo điều kiện. Lúc đó, trung tâm mới được thành lập với sự hợp tác giữa ĐH Quốc gia TPHCM và ĐH California, Los Angeles (UCLA - Mỹ). Thời gian này, trung tâm được phía đối tác hỗ trợ và đặc biệt là Giáo sư Omar Yaghi, người phát minh ra vật liệu MOF, đã hết lòng giúp đỡ Việt Nam nghiên cứu về MOF”.
Trong giai đoạn từ năm 2011-2015, dù được giúp đỡ để phát triển nhưng trung tâm vừa thiếu máy móc thiết bị lẫn các chuyên gia. Thực tế đây là lĩnh vực rất mới, ở Việt Nam các chuyên gia nghiên cứu về MOF cũng rất ít. Nhất là trong giai đoạn từ 2015 trở đi, trung tâm phải tự thân vận động, phía đối tác cũng dừng hỗ trợ. Do đó, công việc nghiên cứu của Kiều Phương cũng bị gián đoạn, nhiều lúc muốn bỏ giữa chừng, nhưng dưới sự động viên của các thầy và trung tâm, Kiều Phương đã cố gắng vượt qua. Nhờ sự kiên trì ấy, cô đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ năm 2018 và đã tìm ra được 10 chất MOF mới.
Theo PGS-TS Phan Bách Thắng, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu cấu trúc Nano và phân tử, chính nhờ sự giúp đỡ của các chuyên gia từ UCLA mà Kiều Phương và các cộng sự đã học hỏi được rất nhiều trong việc nghiên cứu về lĩnh vực MOF. Từ nền tảng kiến thức về MOF, Nguyễn Thị Kiều Phương đã mạnh dạn chọn chuyên ngành rất hẹp và rất mới, đó là hấp phụ khí CO2 để trên nền tảng đó chuyển hóa thành hàng chục chất mới.
Công trình nghiên cứu của cô và các cộng sự đã được đăng trên các tạp chí uy tín của thế giới với tính mới, đó là chuyển hóa thành công khí CO2 thành hợp chất mới có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Thành công này cũng chứng minh hướng đi, sự đầu tư đúng đắn của ĐH Quốc gia TPHCM cho khoa học cơ bản (nhất là những ngành trọng điểm, ngành mũi nhọn) cũng như những mục tiêu về năng lượng xanh, xử lý ô nhiễm môi trường và các ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế sau này.
Kỳ vọng đưa vật liệu mới vào ứng dụng
Trao đổi về hướng nghiên cứu mà cô và các cộng sự theo đuổi, Tiến sĩ Nguyễn Thị Kiều Phương cho biết: Định hướng nghiên cứu của nhóm là tập trung phát triển các vật liệu xốp mới, có tên là vật liệu khung hữu cơ kim loại (Metal-Organic Frameworks, MOFs). Đây là vật liệu lai hóa mới được tạo thành từ sự liên kết giữa cụm vô cơ và nối hữu cơ. Với nhiều đặc điểm ưu việt như diện tích bề mặt cực lớn, kích thước lỗ rỗng lớn, cấu trúc xốp, khung tuần hoàn, có thể biến tính hóa học lên cấu trúc khung, lỗ xốp… nên vật liệu MOF đang được biết đến có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như làm vật liệu xốp lưu trữ khí, phân tách khí, xúc tác dị thể.
“Hơn nữa, thế giới hiện nay đang hướng tới việc làm giảm khí CO2 thải ra môi trường nên các nghiên cứu liên quan đến việc lưu trữ và chuyển hóa CO2 thành các hợp chất có giá trị kinh tế đang thu hút nhiều sự quan tâm của cộng đồng khoa học. Vật liệu MOF được xem là một trong những ứng cử viên có thể đáp ứng được những yêu cầu cấp bách về môi trường và năng lượng. Trong đó, bằng việc sử dụng các phản ứng hóa học cùng phương pháp vật lý hiện đại, chúng tôi đã tổng hợp, xác định được tính chất của trên 10 loại MOF mới và lần đầu tiên công bố trên các tạp chí uy tín về hóa học quốc tế”, Tiến sĩ Phương cho biết.
Chia sẻ về những mục tiêu mà cô và các cộng sự mong muốn, đó là các vật liệu MOF mới được sử dụng để làm vật liệu hấp phụ chọn lọc khí CO2 giúp giảm thiểu lượng khí CO2 trong khí quyển, làm xúc tác dị thể trong phản ứng tổng hợp các hợp chất có hoạt tính y sinh học, dược phẩm; xúc tác dị thể trong chuyển hóa hóa học khí CO2 trong phản ứng... Các vật liệu MOF được thiết kế, tổng hợp và sử dụng đồng thời ở nhiều lĩnh vực ứng dụng cũng góp phần làm giảm giá thành tổng hợp và sản xuất, đồng thời giảm lượng chất thải hóa học ra môi trường bên ngoài.
Về kỳ vọng ứng dụng những hợp chất mới chuyển hóa từ khí CO2, Tiến sĩ Nguyễn Thị Kiều Phương cho rằng: “Trên thế giới đã biết đến vật liệu mới hơn chúng ta cả thập kỷ, đồng thời đã ứng dụng thành công vào thực tế. Song chúng ta phải chọn hướng đi mới, chuyên ngành hẹp hơn rất nhiều thì mới thành công và mới có phát hiện mới. Tuy nhiên, từ kết quả nghiên cứu đến ứng dụng thực tế là cả một khoảng cách rất lớn, vì phụ thuộc vào điều kiện môi trường, cơ chế, tài chính… Tuy nhiên, muốn có ứng dụng thực tế thì khoa học cơ bản phải tìm ra được nền móng và trên cơ sở đó sẽ triển khai áp dụng vào thực tế. Và nhóm của chúng tôi đã thành công trong việc tạo ra những nền móng ấy. Hy vọng sắp tới chúng tôi và các đồng nghiệp của Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu cấu trúc Nano và phân tử sẽ thành công trong các nghiên cứu ứng dụng để có thể hy vọng trong tương lai sẽ ứng dụng thành công những chất mới vào cuộc sống”.
Vật liệu MOF có độ xốp cao, được tạo thành khi các ligand carboxylat hữu cơ gắn kết với các cluster kim loại, tạo ra cấu trúc khung không gian ba chiều với những lỗ xốp có kích thước ổn định. Một trong những đặc điểm nổi bật của loại vật liệu này là bề mặt riêng cực lớn, tới hàng ngàn mét vuông nhưng chỉ nặng 1g. Nói khác, chỉ 1g vật liệu MOF đã có diện tích bề mặt tương đương cả một… sân bóng đá. Các vật liệu MOF có khả năng hấp thụ, lưu giữ các khí mà người ta không muốn xả thẳng ra môi trường như carbonic, hoặc dùng để lưu giữ các loại khí làm nhiên liệu cho ô tô… Việc dùng các bình chứa có vật liệu MOF bên trong sẽ tăng đáng kể (tới hàng chục lần) khả năng lưu trữ các loại khí này so với bình thông thường. Chính bởi lý do đó, MOF được xem như là vật liệu của tương lai, có khả năng tạo nên những thay đổi mang tính cách mạng đối với những lĩnh vực quan trọng như năng lượng, bảo vệ môi trường, y tế…
