Wie die Enthüllung der Strukturentwicklung von Zeolith zukünftigen synthetischen Designs zugutekommt

Anonim

Die Erweiterung des "Flexibilitätsfensters" des Zeoliths bietet den Materialwissenschaften mehr Kontrolle über das Design und die Bezeichnung von Metall-organischen Gerüsten (MOFs) für ihre katalytischen Eigenschaften, wodurch neue Anwendungen eingeführt werden.

Forscher, die sich auf Arbeiten des EU-finanzierten Projekts GROWMOF (Modellierung von MOF-Selbstorganisation, Kristallwachstum und Dünnschichtbildung) stützen, haben mithilfe von Molekülsimulationen die Struktur von Zeolith-Aluminosilikat besser verstanden.

Diese Einsichten werden wertvoll für die Bemühungen sein, "hypothetische" synthetische Versionen zu entwerfen, die eine breitere Palette an materialwissenschaftlichen Anwendungen für diese ausgezeichneten Katalysatoren bieten und eine Marktlücke füllen sollen.

Das "Fenster der Flexibilität"

Ein Zeolith ist eine besondere Art von Gestein, das Wasser darin einschließen kann und mit 200 Mineralien in Verbindung gebracht wird. Zeolith-Aluminosilikat, hat bisher Chemie mit nützlichen Katalysatoren geliefert, die eine breite Palette von Produkten von industriellen chemischen Prozessoren bis zu Katzenstreu ermöglichen.

Während die tetraedrische Gerüststruktur von Zeolithen die perfekte Form, Oberfläche und chemische Aktivität für effektive Katalysatoren schafft, wird ihre industrielle Anwendung durch die enge Vielfalt von verfügbaren Gerüsten behindert. Viel Forschung wurde in die Erzeugung von Millionen neuer hypothetischer Versionen investiert, die synthetisiert werden sollten, aber der Erfolg war bisher begrenzt.

Das Team, das in "Royal Society Publishing" publizierte, erforschte das sogenannte "Fenster der Flexibilität", bei dem die Struktur des Zeolithgerüsts den Wissenschaftlern eine gewisse atomare Manipulation ermöglicht, während die Gesamtstruktur intakt bleibt. Frühere Forschungen hatten gezeigt, dass dieses Phänomen in fast allen bekannten natürlich vorkommenden Zeolithen vorhanden ist, die einzige Ausnahme ist Gänsehaut. Zur gleichen Zeit ist es ungewöhnlich in den hypothetischen Strukturen, die von den Wissenschaftlern geschaffen werden, die vorschlagen, dass seine Existenz diesen hypothetischen einen guten Kandidaten für die Synthese machen würde.

Die Forscher hofften auf den Standort vielversprechenderer Kandidaten und führten Simulationstechniken ein, um zu demonstrieren, dass die Verwendung weicherer Bedingungen bei der Manipulation der "Bar" -Teile der tetraedrischen Zeolithstruktur das Fenster der Flexibilität um die Aluminiumstellen öffnen könnte. Mit dieser Technik konnte das Team sogar einen Hinweis auf ein Flexibilitätsfenster in Gänsehaut finden.

Fortschrittliche Materialwissenschaft

Die Studie ergänzt die jüngsten Untersuchungen des Teams zu Flexibilität und dem zusätzlichen Framework-Inhalt in Faujasit. Darüber hinaus baut sie auf ihrer Arbeit auf, um die Methodik geometrischer Simulationssoftware zu erweitern, um Metall-organische Gerüste (MOFs) besser zu verstehen. MOFs sind dreidimensionale Strukturen mit Metallecken und organischen Molekül-Linkern und werden als eine der aufregendsten Entwicklungen in der nanoporösen Materialwissenschaft angesehen, da sie eine nahezu unbegrenzte Auswahl an Materialkombinationen bieten. Anwendungen, die von GROWMOF vorgeschlagen werden, umfassen Gastrennung und Droge Delivery.

GROWMOF wurde mit dem Verständnis entwickelt, dass für die MOFs mehr Vorhersagbarkeit in ihrer Synthese erforderlich ist, neben einer besseren Einschätzung der resultierenden Materialeigenschaften, als auch des vollständigen Weges von der molekularen Anordnung zum Kristallwachstum und der Dünnfilmbildung .

Zu diesem Zweck zeigt die neueste Studie deutlich, dass die geometrische Simulation von Gerüststrukturen über den ursprünglichen Aufgabenbereich der Modellierung von SiO2-Systemen hinaus erweitert werden kann. Die Forscher sind zuversichtlich, dass die Arbeit unser Verständnis der Entstehung von MOFs auf verschiedenen Längenskalen fundamental verändern und gleichzeitig neue Forschungswege für die gezielte Synthese von MOFs eröffnen könnte.

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