Forskere opdager krystallinske zeolitter i en nanorørformet form

Zeolitter, som er krystallinske porøse materialer, er meget udbredt i produktionen af ​​kemikalier, brændstoffer, materialer og andre produkter. Hidtil er zeolitter blevet lavet som 3D- eller 2D-materialer. Dette har ændret sig med den nylige opdagelse af krystallinske zeolitter i en nanorørformet (1D) form af forskere ved Georgia Institute of Technology, Stockholm University og Penn State University. Resultaterne blev offentliggjort i udgaven af ​​Science den 6. januar .

"En opdagelse som denne er en af ​​de mest spændende dele af vores forskning," sagde Sankar Nair, hovedforsker og professor ved School of Chemical &Biomolecular Engineering ved Georgia Tech. "Vi er i stigende grad vant til at lave forskning, der har en forudbestemt anvendelse i slutningen af ​​det, så dette er en påmindelse om, at fundamentale opdagelser inden for materialevidenskab også er spændende og vigtige."

Zeolitter har porer, der er nogenlunde på størrelse med mange typer molekyler, og forskere og ingeniører har brugt de forskellige størrelser, former og forbindelser af porerne til at skelne mellem molekyler af forskellige størrelser, hvilket muliggør produktion af kemikalier, der er egnede til plastproduktion, eller adskillelse af uønskede molekyler fra ønskede molekyler, som eksempler.

Holdet var ved at designe synteser til at samle 2D-zeolitmaterialer. I en uventet vending tydede nogle af resultaterne på, at en ny type monteringsproces fandt sted. Faktisk førte et sådant tilfælde til et nyt 1D zeolitmateriale, der havde en rørlignende struktur med perforerede porøse vægge. Dette 1D-materiale, kaldet et zeolitisk nanorør, var ulig nogen zeolit ​​nogensinde syntetiseret eller opdaget i naturen tidligere.

"Zeolit ​​nanorør kunne bruges til at lave helt nye typer af komponenter i nanoskala, der kan kontrollere transport af masse eller varme eller ladning, ikke kun ned langs rørets længde, men også ind og ud gennem de perforerede vægge," sagde Nair.

At løse det detaljerede arrangement af atomerne i zeolit-nanorøret var en udfordrende opgave, som Georgia Tech-forskerne gik sammen med zeolitkrystallografieksperter ved Stockholm Universitet og Penn State til. De fandt ud af, at nanorørsvæggene havde et unikt arrangement af atomer, som ikke er kendt i 3D- eller 2D-zeolitter. Det samme arrangement er også ansvarligt for at tvinge zeolitten til at dannes som et 1D-rør i stedet for et 2D- eller 3D-materiale.

"Dette er det første eksempel på en ny klasse af nanorør, og dens unikke og veldefinerede struktur giver spændende ideer og muligheder for at designe zeolit ​​nanomaterialer," sagde Tom Willhammar, medforsker og forsker ved Stockholm Universitet. "Gennem yderligere arbejde håber vi, at forskellige zeolitiske nanorør kunne opnås med variationer i porestørrelse, form og kemi."

Kort sagt - et rør i nanometerskala lavet af et 1D-materiale med regelmæssige, perforerede huller på siderne er nu tilgængeligt til udforskning. Ud over at dette er en grundlæggende videnskabelig opdagelse, der kan ændre den måde, vi tænker på at designe porøse materialer, ser forskerne potentiale for mange praktiske anvendelser.

"De unikke strukturelle egenskaber ved disse materialer vil give mulighed for en række potentielle anvendelser i membranseparationer, katalyse, sensing og i energienheder, hvor masse- eller energitransport er afgørende," siger Christopher W. Jones, co-principal investigator og professor ved Georgia Tech. "Materialerne kan også have unikke mekaniske egenskaber, idet de finder anvendelser i kompositmaterialer, som kulstofnanorør har gjort.  På dette stadium er himlen grænsen, og vi håber, at forskere vil lede efter kreative måder at implementere disse materialer til gavn for af menneskeheden." + Udforsk yderligere

Små porøse krystaller ændrer vandets form for at fremskynde kemiske reaktioner