DESCOBREIXEN UNA ZEOLITA DE PORUS EXTRAGRANS AMB APLICACIONS A LA INDÚSTRIA QUÍMICA

Sou a: Inici / Actualitat / NOTÍCIES / DESCOBREIXEN UNA ZEOLITA DE PORUS EXTRAGRANS AMB APLICACIONS A LA INDÚSTRIA QUÍMICA
La nova zeolita, anomenada ZEO-1, mostra un sistema tridimensional de porus extragrans interconnectats (al voltant de 10 Å), la mida més gran observada en zeolites estables després de vuitanta anys de recerca. Podria funcionar com a catalitzador en química fina per a la producció de components farmacèutics, en l'alliberament controlat de substàncies, per a la disminució de la contaminació o com a suport per a l'encapsulació d'espècies foto o eletroactives. Experiments a la línia de llum MSPD del Sincrotró ALBA van ser clau en la determinació de l'estructura detallada de ZEO-1.

Figure. Left: ZEO-1 possesses a 3D system of extra-large pores plus a 3D system of large pores, all of them interconnected. In this figure, the structure is viewed along (100). The large circular pores are opened through rings of 16 tetrahedra (around 10 Å, the new "extra-large" pores), while the smaller, ovoid pores are made of 12 tetrahedra (around 7x6 Å, the traditional "large" pores). Right: A perspective view of the extra-large pore of ZEO-1 along (100).

Figura. Esquerra: ZEO-1 posseeix un sistema 3D de porus extragrans, més un sistema 3D de porus grans, tots ells interconnectats. En aquesta figura, l'estructura es visualitza al llarg de (100). Els porus circulars grans s'obren a través d'anells de 16 tetraedres (al voltant de 10 Å, els nous porus "extragrans"), mentre que els porus més petits, ovoides, estan fets de 12 tetraedres (al voltant de 7x6 Å, els tradicionals porus "grans"). Dreta: Vista en perspectiva dels porus extragrans de ZEO-1 al llarg de (100).

IM_ZeolitaZEO-1_MSPD_Video_JianLi

Vídeo de ZEO-1 disponible aquí

 

Madrid/ Cerdanyola del Vallès (Barcelona), 27 de desembre de 2021. Un equip de recerca internacional, liderat a Espanya pel científic del CSIC Miguel A. Camblor, ha descobert una zeolita aluminosilicat estable amb un sistema tridimensional de porus extragrans interconnectats, anomenada ZEO-1.

Les zeolites són materials cristal·lins porosos amb importants aplicacions industrials, incloent-hi usos en processos catalítics. Les obertures dels porus limiten l'accés de les molècules dins i fora de l'espai intern confinat de les zeolites, on tenen lloc les reaccions.

L'estudi, publicat a la revista científica Science, va provar que ZEO-1 posseeix aquests porus "extragrans" d'uns 10 Å (1 Angstrom equival a la deumilionèsima part d'un metre), però també porus una mica més petits d'uns 7 Å que és, de fet, la mida dels porus "grans" tradicionals.

A causa de la seva porositat, forta acidesa i alta estabilitat, ZEO-1 podria tenir aplicacions com a catalitzador en química fina per a la producció de components farmacèutics, en l'alliberament controlat de substàncies, per a la disminució de la contaminació o com a suport per a l'encapsulació d'espècies foto o eletroactives (que reaccionen a la llum o a un camp elèctric).

"Els encreuaments dels seus porus delimiten supercaixes, espais oberts que es poden considerar nanoreactors a l'espai confinat dels quals tenen lloc reaccions químiques", explica Miguel A. Camblor, investigador a l'Institut de Ciència de Materials de Madrid - CSIC.

Per demostrar que aquesta nova zeolita podria ser útil en aplicacions relacionades amb molècules més grans, l'equip de recerca va mesurar l'adsorció a la superfície interna de la zeolita del colorant Vermell Nil – una molècula gran. A més, van provar el seu rendiment en el craqueig catalític, és a dir, en el refinament de petroli, un procés necessari per a la producció de combustibles. En tots dos casos, la nova zeolita va tenir un rendiment millor que les zeolites de porus grans convencionals que s'utilitzen avui dia.

Aquesta investigació és el resultat d'una col·laboració entre vuit centres de recerca a la Xina, Estats Units, Suècia i Espanya. L'equip va ser liderat per Fei-Jian Chen (Col·legi Mèdic de Bengbu, Xina), Xiaobo Chen (Universitat del Petroli de la Xina), Jian Li (Universitat d'Estocolm) i Miguel A. Camblor (Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC).

 

Determinar l'estructura amb llum de sincrotró

La zeolita va ser descoberta mitjançant l'aplicació d'una metodologia de cribratge d'alt rendiment. Resoldre l'estructura va ser un repte perquè la zeolita posseeix una estructura molt complexa, amb una mida de cristall petita (<200nm) però un volum de cel·la extremadament gran.

"La determinació precisa de l'estructura només va ser possible combinant dades de difracció d'electrons amb dades de difracció de raigs X de pols obtingudes a la línia de llum MSPD del Sincrotró ALBA i l'Argonne National Laboratory (EUA)", afirma Camblor.

"El detector del difractòmetre de MSPD és un instrument clau que ofereix una gran resolució. Així és possible determinar els paràmetres de la gran cel·la unitat que exhibeix ZEO-1 i localitzar-ne els àtoms amb gran precisió", afegeix François Fauth, científic a càrrec de la línia de llum MSPD d'ALBA.

 

Referència: Qing-Fang Lin, Zihao Rei Gao, Cong Lin, Siyao Zhang, Junfeng Chen, Zhiqiang, Xiaolong Liu, Wei Fan, Jian Li, Xiaobo Chen, Miguel A. Camblor, Fei-Jian Chen. A stable aluminosilicate zeolite with intersecting three-dimensional extra-large pores. Science (2021). DOI: www.science.org/doi/10.1126/science.abk3258

Aquest treball forma part del projecte PID2019-105479RB-I00 finançat per MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-20-15798.

IM-FECYT

arxivat sota: , ,