Hvordan afsløring af zeolitters strukturelle udvikling vil gavne fremtidige syntetiske designs

Udvidelse af zeolit-'fleksibilitetsvinduet' giver materialevidenskaben mere kontrol over designet og betegnelsen af ​​metal-organiske rammer (MOF'er) for deres katalytiske egenskaber, introduktion af nye applikationer.

Forskere trækker på arbejde udført af det EU-finansierede projekt, GROWMOF (Modellering af MOF-selvsamling, krystalvækst og tynd filmdannelse), har med succes brugt molekylære simuleringer til bedre at forstå strukturen af ​​zeolitaluminosilikat.

Disse indsigter vil være værdifulde for bestræbelserne på at designe 'hypotetiske' syntetiske versioner, beregnet til at tilbyde en bredere vifte af materialevidenskabelige applikationer til disse fremragende katalysatorer, udfylde et hul i markedet.

'Fleksibilitetens vindue'

En zeolit ​​er en speciel type sten, som kan fange vand i den og er forbundet med 200 mineraler. Zeolit ​​aluminosilikat, har hidtil forsynet kemien med nyttige katalysatorer, muliggør en bred vifte af produkter fra industrielle kemiske processorer til kattegrus.

Mens den tetraedriske rammestruktur af zeolitter skaber den perfekte form, overfladeareal og kemisk aktivitet for effektive katalysatorer, deres industrielle adoption hæmmes af det snævre udvalg af rammer, der er til rådighed. Der er brugt meget forskning på at generere millioner af nye hypotetiske versioner, der skal syntetiseres, men succesen har hidtil været begrænset.

Holdet, udgivelse i 'Royal Society Publishing', udforsket det såkaldte 'fleksibilitetsvindue', hvorved zeolitstrukturen tillader videnskabsmænd en grad af atomar manipulation, og samtidig bevare den overordnede struktur intakt. Tidligere forskning har vist, at dette fænomen er til stede i næsten alle kendte naturligt forekommende zeolitter, den eneste undtagelse er gåsecreekite. På samme tid, det er ualmindeligt i de hypotetiske strukturer skabt af videnskabsmænd, at antyde dets eksistens ville gøre den hypotetiske til en god kandidat til syntese.

Giver håb om placeringen af ​​flere lovende kandidater, forskerne brugte simuleringsteknikker for at demonstrere, at brug af blødere begrænsninger i manipulationen af ​​"bar"-delene af zeolit-tetraedriske struktur, kunne åbne vinduet for fleksibilitet, omkring aluminiumspladser. Ved at bruge denne teknik, holdet var endda i stand til at finde beviser for et fleksibilitetsvindue i goosecreekite.

Fremme materialevidenskab

Undersøgelsen supplerer holdets nylige undersøgelse af fleksibilitet og det ekstra rammeindhold i faujasite. Derudover det bygger på deres arbejde med at udvide metodikken for geometrisk simuleringssoftware for bedre at forstå metal-organiske rammer (MOF'er). MOF'er er tredimensionelle strukturer med metalhjørner og organiske molekylelinkere og anses for at være blandt de mest spændende udviklinger inden for nanoporøs materialevidenskab, da de tilbyder et næsten uendeligt udvalg af materialekombinationer. Applikationer, der er fremsat af GROWMOF, omfatter gasseparation og lægemiddellevering.

GROWMOF blev oprettet med den forståelse, at for MOF'er at nå deres potentiale, mere forudsigelighed i deres syntese var påkrævet, sammen med en bedre forståelse af de resulterende materialeegenskaber, samt af den fulde vej fra molekylær samling til krystalvækst og tyndfilmdannelse.

Med henblik herpå, denne seneste undersøgelse viser klart, at geometrisk simulering af rammestrukturer kan udvides ud over dets oprindelige opgave at modellere silica (SiO2) systemer. Forskerne er overbeviste om, at arbejdet fundamentalt kan transformere vores forståelse af, hvordan MOF'er dannes på en række forskellige længdeskalaer, samtidig med at der åbnes nye forskningsmuligheder for målrettet syntese af MOF'er.