Att utöka zeolitens "flexibilitetsfönster" ger materialvetenskapen mer kontroll över designen och beteckningen av metallorganiska ramverk (MOF) för deras katalytiska egenskaper, införa nya applikationer.

Forskare som bygger på arbete utfört av det EU-finansierade projektet, GROWMOF (Modellering av MOF självmontering, kristalltillväxt och tunnfilmsbildning), har framgångsrikt använt molekylära simuleringar för att bättre förstå strukturen hos zeolitaluminosilikat.

Dessa insikter kommer att vara värdefulla för ansträngningar som görs för att designa "hypotetiska" syntetiska versioner, avsedda att erbjuda ett bredare utbud av materialvetenskapliga tillämpningar för dessa utmärkta katalysatorer, fyller ett tomrum på marknaden.

"Flexibilitetens fönster"

En zeolit ​​är en speciell typ av bergart som kan fånga vatten i den och är förknippad med 200 mineraler. Zeolitaluminosilikat, har hittills försett kemin med användbara katalysatorer, möjliggör ett brett utbud av produkter från industriella kemiska processorer till kattsand.

Medan den tetraedriska ramstrukturen hos zeoliter skapar den perfekta formen, ytarea och kemisk aktivitet för effektiva katalysatorer, deras industriella antagande hämmas av den snäva mängd ramar som finns tillgängliga. Mycket forskning har lagts ned på att skapa miljontals nya hypotetiska versioner som ska syntetiseras, men framgången har hittills varit begränsad.

Laget, publicering i 'Royal Society Publishing', utforskade det så kallade "flexibilitetens fönster", varvid zeolitstrukturen tillåter forskare en viss grad av atomär manipulation, samtidigt som den övergripande strukturen hålls intakt. Tidigare forskning har visat att detta fenomen finns i nästan alla kända naturligt förekommande zeoliter, enda undantaget är goosecreekite. På samma gång, det är ovanligt i de hypotetiska strukturer som skapats av forskare, Att antyda dess existens skulle göra den hypotetiska till en bra kandidat för syntes.

Erbjuder hopp om platsen för fler lovande kandidater, forskarna antog simuleringstekniker för att visa att med hjälp av mjukare begränsningar vid manipulering av "stång"-delarna av zeolitens tetraedriska struktur, kunde öppna fönstret för flexibilitet, runt aluminiumplatser. Genom att använda denna teknik, teamet kunde till och med hitta bevis på ett flexibilitetsfönster i goosecreekite.

Avancera materialvetenskap

Studien kompletterar lagets nyligen genomförda undersökning av flexibilitet och innehållet i faujasite utanför ramverket. Dessutom, det bygger på deras arbete med att utöka metodiken för geometrisk simuleringsprogramvara för att bättre förstå metall-organiska ramverk (MOF). MOF är tredimensionella strukturer med metallhörn och organiska molekyllänkar och anses vara bland de mest spännande utvecklingarna inom nanoporös materialvetenskap, eftersom de erbjuder ett nästan oändligt utbud av materialkombinationer. Tillämpningar som framförts av GROWMOF inkluderar gasseparation och läkemedelstillförsel.

GROWMOF skapades med insikten att för MOF:er att nå sin potential, mer förutsägbarhet i deras syntes krävdes, tillsammans med en bättre uppskattning av de resulterande materialegenskaperna, såväl som av hela vägen från molekylär sammansättning till kristalltillväxt och tunnfilmsbildning.

Mot detta mål, denna senaste studie visar tydligt att geometrisk simulering för ramverksstrukturer kan utvidgas utanför dess ursprungliga uppdrag att modellera kiseldioxid (SiO2) system. Forskarna är övertygade om att arbetet i grunden skulle kunna förändra vår förståelse av hur MOF bildas på olika längdskalor, samtidigt som nya forskningsvägar öppnas för målinriktad syntes av MOF.