L'espansione della "finestra di flessibilità" della zeolite offre alla scienza dei materiali un maggiore controllo sulla progettazione e sulla designazione di strutture metallo-organiche (MOF) per le loro proprietà catalitiche, introducendo nuove applicazioni.

I ricercatori attingendo al lavoro svolto dal progetto finanziato dall'UE, GROWMOF (Modellazione dell'autoassemblaggio MOF, crescita dei cristalli e formazione di film sottili), hanno utilizzato con successo simulazioni molecolari per comprendere meglio la struttura dell'alluminosilicato di zeolite.

Queste intuizioni saranno preziose per gli sforzi compiuti per progettare versioni sintetiche "ipotetiche", destinato a offrire una gamma più ampia di applicazioni nella scienza dei materiali per questi eccellenti catalizzatori, colmare una lacuna del mercato.

La "finestra della flessibilità"

Una zeolite è un tipo speciale di roccia che può intrappolare l'acqua al suo interno ed è associata a 200 minerali. Alluminosilicato di zeolite, ha finora fornito alla chimica catalizzatori utili, consentendo un'ampia gamma di prodotti, dai processori chimici industriali alla lettiera per gatti.

Mentre la struttura tetraedrica delle zeoliti crea la forma perfetta, superficie e attività chimica per catalizzatori efficaci, la loro adozione industriale è ostacolata dalla ristretta varietà di framework disponibili. Molta ricerca è stata spesa nella generazione di milioni di nuove ipotetiche versioni da sintetizzare, ma il successo è stato finora limitato.

Il gruppo, pubblicazione in "Royal Society Publishing", esplorato la cosiddetta 'finestra di flessibilità', per cui la struttura della struttura della zeolite consente agli scienziati un certo grado di manipolazione atomica, mantenendo intatta la struttura complessiva. Ricerche precedenti avevano indicato che questo fenomeno è presente in quasi tutte le zeoliti naturali conosciute, l'unica eccezione è goosecreekite. Allo stesso tempo, è raro nelle strutture ipotetiche create dagli scienziati, suggerire la sua esistenza renderebbe quell'ipotetico un buon candidato per la sintesi.

Offrendo speranza per l'ubicazione di candidati più promettenti, i ricercatori hanno adottato tecniche di simulazione per dimostrare che l'utilizzo di vincoli più morbidi nella manipolazione delle parti "a barra" della struttura tetraedrica della zeolite, potrebbe aprire la finestra della flessibilità, intorno a siti di alluminio. Utilizzando questa tecnica, il team è stato persino in grado di trovare prove di una finestra di flessibilità in goosecreekite.

Progresso nella scienza dei materiali

Lo studio integra la recente indagine del team sulla flessibilità e sui contenuti extra-framework in faujasite. Inoltre, si basa sul loro lavoro per estendere la metodologia del software di simulazione geometrica per comprendere meglio le strutture metallo-organiche (MOF). I MOF sono strutture tridimensionali con angoli metallici e collegamenti molecolari organici e sono considerati tra gli sviluppi più interessanti nella scienza dei materiali nanoporosi, in quanto offrono una gamma quasi infinita di combinazioni di materiali. Le applicazioni proposte da GROWMOF includono la separazione dei gas e la somministrazione di farmaci.

GROWMOF è stato istituito con la consapevolezza che affinché i MOF raggiungano il loro potenziale, era necessaria una maggiore prevedibilità nella loro sintesi, insieme a un migliore apprezzamento delle proprietà del materiale risultante, nonché del percorso completo dall'assemblaggio molecolare alla crescita dei cristalli e alla formazione di film sottili.

A tal fine, quest'ultimo studio dimostra chiaramente che la simulazione geometrica per le strutture della struttura può essere estesa oltre il suo mandato originale di modellare i sistemi di silice (SiO2). I ricercatori sono fiduciosi che il lavoro potrebbe trasformare radicalmente la nostra comprensione di come si formano i MOF su una varietà di scale di lunghezza, aprendo al contempo nuove vie di ricerca per la sintesi mirata di MOF.