Forskare har hittat de första definitiva bevisen på hur silicalite-1 (MFI-typ) zeoliter växer, visar att tillväxt är en samordnad process som involverar både vidhäftning av nanopartiklar och tillsats av molekyler.

Båda processerna verkar ske samtidigt, sa Jeffrey Rimer, en ingenjörsprofessor vid University of Houston och huvudförfattare till en artikel som publicerades på torsdagen i tidskriften Vetenskap .

Han sa att en andra komponent i forskningen skulle kunna ha ännu mer bestående inverkan. Han och forskaren Alexandra I. Lupulescu använde en ny teknik som gjorde det möjligt för dem att se zeolits yttillväxt i realtid, ett genombrott som Rimer sa kan appliceras på andra typer av material, också.

Vanligtvis, forskare undersöker zeolittillväxt genom att ta bort kristaller från den naturliga syntesmiljön och analysera förändringar i deras fysiska egenskaper, sa Rimer, Ernest J. och Barbara M. Henley Biträdande professor i kemi- och biomolekylär teknik vid UH. Det har gjort att förstå den grundläggande mekanismen för zeolittillväxt mer utmanande.

Zeoliter förekommer naturligt men kan också tillverkas. Denna forskning involverade silicalite-1, en syntetisk, aluminiumfri zeolit ​​som har fungerat som en prototyp i litteraturen för att studera zeolittillväxt.

I mer än två decennier, forskare har teoretiserat att nanopartiklar, som är kända för att finnas i zeolittillväxtlösningar, spelade en roll i tillväxten, men det fanns inga direkta bevis. Och medan de flesta kristaller växer på klassiska sätt - tillsats av atomer eller molekyler till kristallen - antydde närvaron och gradvis konsumtion av nanopartiklar en icke-klassisk väg för zeolitkristallisering.

Rimer och Lupulescu fann att både klassiska och icke-klassiska tillväxtmodeller var på gång.

"Vi har visat att en komplex uppsättning dynamik äger rum, sade Rimer. Genom att göra det, vi har avslöjat att det finns flera vägar i tillväxtmekanismen, som löser ett problem som har diskuterats i nästan 25 år."

Det löser ett mysterium i en värld av kristallteknik, men hur de gjorde det kan ha en mer bestående effekt. Rimer och Lupulescu, som gjorde projektet som en del av hennes avhandling, förtjänar sin doktorsexamen. i kemiteknik från UH:s Cullen College of Engineering i december, arbetat med Kalifornien-baserade Asylum Research. De använde tidsupplöst Atomic Force Microscopy (AFM) för att spela in topografiska bilder av silikalit-1-ytor när de växte.

AFM ger nära molekylär upplösning 3-D-bilder av kristallytan. Rimer sa att tekniken, tillsammans med mjukvara utvecklad av Asylum Research och hans labb, gjort det möjligt att studera tillväxten på plats, eller på plats. Medan hans labb arbetar vid temperaturer upp till 100 grader Celsius, instrumenteringen kan hantera temperaturer så höga som 300 C, gör det möjligt att använda det för ett antal material som växer under solvotermiska förhållanden, han sa.