Expandir a 'janela de flexibilidade' do zeólito oferece à ciência de materiais mais controle sobre o projeto e a designação de estruturas metal-orgânicas (MOFs) para suas propriedades catalíticas, introdução de novos aplicativos.

Pesquisadores com base no trabalho realizado pelo projeto financiado pela UE, GROWMOF (modelagem de auto-montagem MOF, crescimento de cristal e formação de filme fino), usaram com sucesso simulações moleculares para entender melhor a estrutura do aluminossilicato de zeólita.

Esses insights serão valiosos para os esforços que estão sendo feitos para projetar versões sintéticas "hipotéticas", pretende oferecer uma gama mais ampla de aplicações de ciência de materiais para esses catalisadores excelentes, preencher uma lacuna no mercado.

A 'janela de flexibilidade'

Uma zeólita é um tipo especial de rocha que pode reter água dentro dela e está associada a 200 minerais. Aluminossilicato de zeólita, até agora forneceu à química catalisadores úteis, permitindo uma ampla gama de produtos, desde processadores químicos industriais a cama para gatos.

Enquanto a estrutura tetraédrica das zeólitas cria a forma perfeita, área de superfície e atividade química para catalisadores eficazes, sua adoção industrial é dificultada pela estreita variedade de estruturas disponíveis. Muita pesquisa foi despendida na geração de milhões de novas versões hipotéticas a serem sintetizadas, mas o sucesso até agora tem sido limitado.

O time, publicação na 'Royal Society Publishing', explorou a chamada 'janela de flexibilidade', em que a estrutura do zeólito permite aos cientistas um certo grau de manipulação atômica, enquanto mantém a estrutura geral intacta. Pesquisas anteriores indicaram que este fenômeno está presente em quase todas as zeólitas conhecidas de ocorrência natural, a única exceção sendo goosecreekite. Ao mesmo tempo, é incomum nas estruturas hipotéticas criadas por cientistas, sugerir sua existência tornaria aquele hipotético um bom candidato para síntese.

Oferecendo esperança para a localização de candidatos mais promissores, os pesquisadores adotaram técnicas de simulação para demonstrar que o uso de restrições mais suaves na manipulação das partes da 'barra' da estrutura tetraédrica da zeólita, poderia abrir a janela de flexibilidade, em torno de sites de alumínio. Usando esta técnica, a equipe conseguiu até encontrar evidências de uma janela de flexibilidade na goosecreekita.

Avançando na ciência dos materiais

O estudo complementa a recente investigação da equipe sobre flexibilidade e conteúdo extra-framework no faujasite. Adicionalmente, ele se baseia em seu trabalho para estender a metodologia de software de simulação geométrica para melhor compreender estruturas metal-orgânicas (MOFs). MOFs são estruturas tridimensionais com cantos de metal e ligantes de moléculas orgânicas e são considerados um dos desenvolvimentos mais interessantes na ciência de materiais nanoporosos. pois oferecem uma gama quase infinita de combinações de materiais. As aplicações discutidas pela GROWMOF incluem separação de gases e distribuição de drogas.

A GROWMOF foi criada com o entendimento de que para que os MOFs alcancem seu potencial, era necessária mais previsibilidade em sua síntese, ao lado de uma melhor apreciação das propriedades do material resultante, bem como de todo o caminho desde a montagem molecular até o crescimento do cristal e a formação de filme fino.

Para este fim, este último estudo demonstra claramente que a simulação geométrica para estruturas de arcabouço pode ser estendida além de sua missão original de modelagem de sistemas de sílica (SiO2). Os pesquisadores estão confiantes de que o trabalho pode transformar fundamentalmente nossa compreensão de como os MOFs se formam em uma variedade de escalas de comprimento, enquanto abre novos caminhos de pesquisa para a síntese direcionada de MOFs.