Zeoliter, som är kristallina porösa material, används mycket vid tillverkning av kemikalier, bränslen, material och andra produkter. Hittills har zeoliter gjorts som 3D- eller 2D-material. Detta har förändrats med den senaste upptäckten av kristallina zeoliter i en nanorörform (1D) av forskare vid Georgia Institute of Technology, Stockholms universitet och Penn State University. Resultaten publicerades i numret av Science den 6 januari .

"En upptäckt som denna är en av de mest spännande delarna av vår forskning", säger Sankar Nair, huvudforskare och professor vid School of Chemical &Biomolecular Engineering vid Georgia Tech. "Vi är alltmer vana vid att göra forskning som har en förutbestämd tillämpning i slutet av den, så detta är en påminnelse om att grundläggande upptäckter inom materialvetenskap också är spännande och viktiga."

Zeoliter har porer som är ungefär lika stora som många typer av molekyler, och forskare och ingenjörer har använt porernas olika storlekar, former och anslutningar för att skilja mellan molekyler av olika storlekar, vilket möjliggör tillverkning av kemikalier som är lämpliga för plastframställning, eller för att separationen av oönskade molekyler från önskade, som exempel.

Teamet designade synteser för att montera 2D-zeolitmaterial. I en oväntad händelseutveckling indikerade några av resultaten att en ny typ av monteringsprocess ägde rum. Ett sådant fall ledde faktiskt till ett nytt 1D zeolitmaterial som hade en rörliknande struktur med perforerade porösa väggar. Detta 1D-material, kallat ett zeolitiskt nanorör, liknade inte någon zeolit ​​som någonsin syntetiserats eller upptäckts i naturen tidigare.

"Zeolit-nanorör kan användas för att göra helt nya typer av komponenter i nanoskala som kan kontrollera transport av massa eller värme eller laddning, inte bara ner längs rörets längd, utan även in och ut genom de perforerade väggarna," sa Nair.

Att lösa det detaljerade arrangemanget av atomerna i zeolitennoröret var en utmanande uppgift, för vilken Georgia Tech-forskarna slog sig samman med experter på zeolitkristallografi vid Stockholms universitet och Penn State. De fann att nanorörsväggarna hade ett unikt arrangemang av atomer som inte är kända i 3D- eller 2D-zeoliter. Samma arrangemang är också ansvarigt för att tvinga zeoliten att bildas som ett 1D-rör snarare än ett 2D- eller 3D-material.

"Detta är det första exemplet på en ny klass av nanorör, och dess unika och väldefinierade struktur ger spännande idéer och möjligheter att designa zeolitnanomaterial", säger Tom Willhammar, medutredare och forskare vid Stockholms universitet. "Genom ytterligare arbete hoppas vi att olika zeolitiska nanorör kan erhållas med variationer i porstorlek, form och kemi."

Enkelt uttryckt - ett rör i nanometerskala tillverkat av ett 1D-material med vanliga, perforerade hål på sidorna är nu tillgängligt för utforskning. Förutom att detta är en grundläggande vetenskaplig upptäckt som kan förändra vårt sätt att tänka på att designa porösa material, ser forskarna potential för många praktiska tillämpningar.

"De unika strukturella egenskaperna hos dessa material kommer att möjliggöra en rad potentiella tillämpningar inom membranseparationer, katalys, avkänning och i energienheter där mass- eller energitransport är avgörande", säger Christopher W. Jones, medföreståndare och professor vid Georgia Tech. "Materialen kan också ha unika mekaniska egenskaper och kan hitta tillämpningar i kompositmaterial, som kolnanorör har gjort.  I det här skedet är himlen gränsen, och vi hoppas att forskare kommer att leta efter kreativa sätt att använda dessa material till nytta. av mänskligheten." + Utforska vidare

Små porösa kristaller ändrar formen på vattnet för att påskynda kemiska reaktioner