Vật liệu khung cơ kim (MOF) là một loại vật liệu kết tinh có độ xốp cao, cấu thành từ các ion hoặc cluster kim loại đóng vai trò như tâm phối trí được liên kết với nhau bởi cầu nối hữu cơ đa chức. MOF được biết đến từ năm 1965 nhưng mãi đến năm 1999 vật liệu này mới nhận được nhiều sự quan tâm. Sự kết hợp của các tính chất nổi trội như lỗ xốp cao, diện tích bề mặt lớn, sự đa dạng về kích thước lỗ xốp và hình thái đã tạo nên sự thu hút của vật liệu khung cơ kim với giới khoa học và công nghiệp.
Giáo sư Omar Yaghi từ trường Đại học California Los Angeles, Hoa Kỳ, người tiên phong trong chế tạo vật liệu khung cơ kim, đã phát biểu trong bài phỏng vấn của ông rằng: ngay từ còn là học sinh ông đã rất thích những mô hình hóa học của phân tử nước, methan được mô phỏng từ những quả cầu và cây que. Từ đấy ông đã mong muốn khám phá những bí ẩn về các phân tử.  Sau này khi trở thành nhà khoa học, niềm đam mê trước cái đẹp và lý thú của cấu trúc các phân tử đã giúp ông khám phá lĩnh vực mới trong hóa học về “tổng hợp mạng lưới” tạo thành các vật liệu khung sườn cơ kim có độ xốp cao này. Ông bắt đầu nghiên cứu vật liệu MOFs là do sự yêu thích tìm hiểu về cấu trúc phân tử, sau đó ông nhìn vào bản chất của các phân tử được tạo thành để khám phá ra những ứng dụng của chúng: lưu trữ khí, phân tách khí, phân phối thuốc, thiết bị cảm biến …
Lưu trữ khí hydro
Khí hydro được công nhận là một nguồn nhiên liệu lý tưởng đầy hứa hẹn bởi vì sự đốt cháy khí hydro cho hiệu suất năng lượng cao và chỉ sản sinh ra nước. Tuy nhiên, cũng có những thử thách đáng kể khi áp dụng nguồn nhiên liệu này vào công nghiệp lưu thông đó là tính an toàn, bền vững và kinh tế. Vật liệu khung cơ kim được công nhận là vật liệu tiềm năng trong lưu trữ khí hydro bởi diện tích bề mặt riêng lớn làm gia tăng đáng kể khả năng lưu trữ khí và cơ chế hấp phụ và giải hấp thuận nghịch giúp khí hydro sẽ dễ dàng được giải phóng ra khỏi vật liệu khi cần sử dụng.
Phân tách khí
MOF là loại vật liệu có khả năng hấp phụ chọn lọc cao hỗn hợp các khí do các nhóm chức trên khung sườn và sự đa dạng về kích thước lỗ xốp của vật liệu. Ứng dụng lớn nhất ở đặc tính phân tách khí của MOF là tách ly CO2, một thành phần trong khí đốt thiên nhiên, nó làm giảm độ tinh khiết của nhiên liệu, đồng thời cũng là một trong những khí gây hiệu ứng nhà kính.
Phân phối thuốc
Thành phần hữu cơ trong vật liệu MOF (như cacboxylate, imidazolates…) tạo ra sự tương thích sinh học. Ngoài ra do đặc điểm của phương pháp “tổng hợp mạng lưới”, các nhóm chức trên khung sườn và kích thước lỗ xốp của vật liệu MOF có thể được biến tính theo mong muốn nên vật liệu MOF có tiềm năng ứng dụng như chất mang phân phối thuốc có định vị với tốc độ phân phối được kiểm soát. Tính chất này sẽ làm tăng hiệu quả điều trị và hạn chế các tác dụng phụ của dược phẩm.
Khả năng cảm biến
Khả năng phát quang cùng với tính chất hấp phụ chọn lọc giúp vật liệu MOF có tiềm năng ứng dụng như một thiết bị cảm biến. Trong tương lai, khi sự phát triển của vật liệu MOF đạt đến khả năng cảm biến được khí oxy,  glucoza, và các phân tử sinh học thì khi ấy vật liệu MOFs sẽ có ứng dụng rất quan trọng trong y sinh.
Hiện tại một số vật liệu khung cơ kim đã rất gần được ứng dụng trong lưu trữ khí hydro làm nhiên liệu cho ô tô. Vật liệu này cũng thể hiện được khả năng nổi trội trong lưu trữ khí CO2. Trong tương lai MOF sẽ được cải tiến để có khả năng lưu trữ và vận hành khí hydro ở nhiệt độ phòng. Bên cạnh đó, vật liệu này sẽ được định hướng ứng dụng ở những lĩnh vực có giá trị cao như phân phối thuốc, thiết bị cảm biến. Về lâu dài, vật liệu khung cơ kim sẽ thể hiện được những khả năng ứng dụng phức tạp hơn nữa. Để đạt được những ứng dụng ngày càng có giá trị, các nhà khoa học đang tìm cách biến tính các vật liệu khung cơ kim sao cho số phối trí trên tâm kim loại được giảm. Những tâm kim loại bất bão hòa này sẽ trở thành những tâm kích hoạt CO2. Khí CO2 bị bắt giữ sẽ được chuyển thành nhiên liệu thay vì bị chôn dưới đất ngầm như hiện nay.
Hiện nay ở Việt Nam, Đại học Quốc gia TPHCM, cụ thể là Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Đại học Bách khoa là nơi đầu tiên nghiên cứu về lĩnh vực vật liệu khung cơ kim. Đến nay vật liệu này chỉ mới được nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm. Mục tiêu nghiên cứu là tự thiết kế cầu nối hữu cơ làm tiền chất tổng hợp nên những vật liệu khung cơ kim mới có diện tích bề mặt cao và sau đó khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu này như lưu trữ khí hydro, và đặc biệt quan tâm đến khả năng lưu trữ CO2 và các khí thải từ các phương tiện giao thông để giải quyết vấn đề về môi trường.

ThS. Nguyễn Thị Tuyết Nhung
(Nghiên cứu sinh Chương trình MANAR, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh)