I ricercatori hanno trovato la prima prova definitiva di come crescono le zeoliti di silicalite-1 (tipo MFI), dimostrando che la crescita è un processo concertato che coinvolge sia l'adesione di nanoparticelle che l'aggiunta di molecole.

Entrambi i processi sembrano accadere simultaneamente, disse Jeffrey Rimer, un professore di ingegneria all'Università di Houston e autore principale di un articolo pubblicato giovedì sulla rivista Scienza .

Ha detto che una seconda componente della ricerca potrebbe avere un impatto ancora più duraturo. Lui e la ricercatrice Alexandra I. Lupulescu hanno utilizzato una nuova tecnica che consente loro di visualizzare la crescita della superficie della zeolite in tempo reale, una svolta che Rimer ha detto può essere applicata ad altri tipi di materiali, anche.

Tipicamente, i ricercatori esaminano la crescita della zeolite rimuovendo i cristalli dall'ambiente di sintesi naturale e analizzando i cambiamenti nelle loro proprietà fisiche, disse Rimer, Ernest J. e Barbara M. Henley Assistant Professor di ingegneria chimica e biomolecolare presso l'UH. Ciò ha reso più difficile la comprensione del meccanismo fondamentale della crescita della zeolite.

Le zeoliti si trovano naturalmente ma possono anche essere prodotte. Questa ricerca ha coinvolto la silicalite-1, un sintetico, zeolite priva di alluminio che è servita come prototipo in letteratura per lo studio della crescita della zeolite.

Per più di due decenni, i ricercatori hanno teorizzato che le nanoparticelle, che sono noti per essere presenti nelle soluzioni di crescita delle zeoliti, ha avuto un ruolo nella crescita, ma non c'erano prove dirette. E mentre la maggior parte dei cristalli cresce attraverso mezzi classici - l'aggiunta di atomi o molecole al cristallo - la presenza e il consumo graduale di nanoparticelle hanno suggerito un percorso non classico per la cristallizzazione della zeolite.

Rimer e Lupulescu hanno scoperto che erano all'opera modelli di crescita sia classici che non classici.

"Abbiamo dimostrato che ha luogo un complesso insieme di dinamiche, " Rimer ha detto. "Così facendo, abbiamo rivelato che ci sono molteplici percorsi nel meccanismo di crescita, che risolve un problema di cui si discute da quasi 25 anni".

Risolve un mistero nel mondo dell'ingegneria del cristallo, ma il modo in cui lo hanno fatto potrebbe avere un impatto più duraturo. Rimer e Lupulescu, che ha realizzato il progetto come parte della sua tesi, guadagnando il suo dottorato di ricerca in ingegneria chimica presso il Cullen College of Engineering di UH a dicembre, ha lavorato con Asylum Research, con sede in California. Hanno usato la microscopia a forza atomica (AFM) risolta nel tempo per registrare immagini topografiche delle superfici di silicalite-1 man mano che crescevano.

L'AFM fornisce immagini 3D a risoluzione quasi molecolare della superficie del cristallo. Rimer ha detto che la tecnologia, insieme al software sviluppato da Asylum Research e dal suo laboratorio, ha permesso di studiare la crescita in situ, o sul posto. Mentre il suo laboratorio lavora a temperature fino a 100 gradi Celsius, la strumentazione può gestire temperature fino a 300 C, rendendo possibile l'utilizzo per una serie di materiali che crescono in condizioni solvotermiche, Egli ha detto.