Cristais de zeólitas, usado, entre outras coisas, para refinar o petróleo em gasolina e biomassa em biocombustíveis, são os catalisadores mais usados ​​em peso no planeta, e descobrir mecanismos de como eles se formam tem sido de intenso interesse para a indústria química e pesquisadores relacionados, dizem o químico Scott Auerbach e colegas da Universidade de Massachusetts Amherst. Eles esperam que seu avanço em uma nova maneira de entender a estrutura e vibrações do zeólito leve a novos zeólitos feitos sob medida para uso em novas aplicações sofisticadas.

Sua história de capa em uma edição recente da Jornal da American Chemical Society descreve como a equipe usou análises sistemáticas e uma técnica chamada espectroscopia Raman, além de modelagem mecânica quântica, para descobrir novos blocos de construção em escala nano que eles chamam de "pontes tricíclicas, "para ajudar a explicar as estruturas porosas dos zeólitos e seus comportamentos dinâmicos.

Auerbach diz, "Essa descoberta é importante porque nos dá uma maneira de ver o invisível - as estruturas precisas que levam aos cristais de zeólita. Esperamos que esses insights estruturais nos ajudem a sintetizar novos, zeólitos feitos sob medida para aplicações avançadas em energia limpa e captura de carbono. "Seus co-autores incluem o engenheiro químico Wei Fan e o primeiro autor Tongkun Wang na UMass Amherst, com outros no Worcester Polytechnic Institute.

Os autores dizem que, ao substituir as abordagens anteriores "excessivamente simplistas", seus métodos podem "aumentar nossa capacidade de usar a espectroscopia Raman como uma ferramenta analítica para investigar a estrutura e a formação do zeólito, usando o conceito de pontes tricíclicas. "

Neste trabalho apoiado pelo Departamento de Energia da Divisão de Ciência e Engenharia de Materiais dos Estados Unidos, Auerbach e colegas dizem que revelar a síntese do zeólito é complicado pelo fato de que as estruturas precursoras são de tamanho médio, portanto, eles caem em um "ponto cego" em nanoescala - grande demais para análises estruturais de grupo funcional e em nível atômico e desordenada demais para análises de raios-X. Por contraste, A espectroscopia Raman "surgiu como uma ferramenta poderosa para sondar estruturas de médio alcance em uma variedade de materiais, "eles observam.

Fan explica que até agora, estudos experimentais sobre a síntese de zeólitas com novas estruturas e composições foram baseados em métodos de tentativa e erro, e caracterizar o processo representou um "desafio torturante". Sua contribuição com base em pontes tricíclicas fornece uma nova ferramenta para a compreensão do caminho de cristalização, abrindo a porta para projetar materiais para aplicações avançadas em catálise e separações, eles afirmam.

Avançar, eles ressaltam que "muitas vezes é assumido, com poucas evidências, que bandas Raman podem ser atribuídas a anéis zeólitos individuais". Eles testaram essa suposição e descobriram que as pontes tricíclicas - coleções de três anéis de zeólita conectados entre si - desempenham um papel crítico na formação do zeólito. Usando isso, eles descobriram uma relação precisa entre o ângulo de ligação da zeólita e a frequência Raman que pode ser usada para localizar estruturas que se formam durante a cristalização da zeólita.

Em trabalho futuro, Auerbach, Fan e sua equipe planejam medir e modelar espectros Raman durante o processo de cristalização da zeólita, para determinar quais pontes tricíclicas estão presentes e serão herdadas pelos zeólitos resultantes.