(a) Una regione in cui alcuni nanotubi zeolitici sono fusi insieme in una struttura 3D periodica (contrassegnata da un rettangolo rosso); (b-c) Vista ingrandita della regione segnata in (a) che rivela la struttura atomica che ricorda da vicino la proiezione 2D della zeolite beta (*BEA) lungo la sua direzione [100]. I simboli rossi sovrapposti rappresentano le posizioni approssimative degli atomi di Si o Al. Credito:DOI:10.1126/science.abg3793
Le zeoliti, che sono materiali porosi cristallini, sono ampiamente utilizzate nella produzione di sostanze chimiche, combustibili, materiali e altri prodotti. Finora, le zeoliti sono state realizzate come materiali 3D o 2D. La situazione è cambiata con la recente scoperta di zeoliti cristalline a forma nanotubulare (1D), da parte dei ricercatori del Georgia Institute of Technology, dell'Università di Stoccolma e della Penn State University. I risultati sono stati pubblicati nel numero del 6 gennaio di Scienza .
"Una scoperta come questa è una delle parti più interessanti della nostra ricerca", ha affermato Sankar Nair, ricercatore principale e professore presso la School of Chemical &Biomolecular Engineering presso la Georgia Tech. "Siamo sempre più abituati a fare ricerche che hanno un'applicazione predeterminata alla fine, quindi questo ci ricorda che anche le scoperte fondamentali nella scienza dei materiali sono eccitanti e importanti."
Le zeoliti hanno pori delle dimensioni all'incirca di molti tipi di molecole e scienziati e ingegneri hanno utilizzato le varie dimensioni, forme e connessioni dei pori per discriminare tra molecole di dimensioni diverse, consentendo la produzione di sostanze chimiche adatte alla produzione di plastica o per la separazione di molecole indesiderate da quelle desiderate, ad esempio.
Il team stava progettando sintesi per assemblare materiali di zeolite 2D. In una svolta inaspettata degli eventi, alcuni dei risultati hanno indicato che si stava verificando un nuovo tipo di processo di assemblaggio. In effetti, uno di questi casi ha portato a un nuovo materiale di zeolite 1D che aveva una struttura simile a un tubo con pareti porose perforate. Questo materiale 1D, chiamato nanotubo zeolitico, era diverso da qualsiasi zeolite mai sintetizzata o scoperta in natura in precedenza.
"I nanotubi di zeolite potrebbero essere utilizzati per creare tipi completamente nuovi di componenti su nanoscala in grado di controllare il trasporto di massa, calore o carica, non solo lungo la lunghezza del tubo, ma anche dentro e fuori attraverso le pareti perforate", ha affermato Nair.
Risolvere la disposizione dettagliata degli atomi nel nanotubo di zeolite è stato un compito impegnativo, per il quale i ricercatori della Georgia Tech hanno collaborato con esperti di cristallografia di zeolite presso l'Università di Stoccolma e la Penn State. Hanno scoperto che le pareti dei nanotubi avevano una disposizione unica di atomi che non sono noti nelle zeoliti 3D o 2D. Questa stessa disposizione è anche responsabile della forzatura della zeolite a formarsi come un tubo 1D piuttosto che come materiale 2D o 3D.
"Questo è il primo esempio di una nuova classe di nanotubi e la sua struttura unica e ben definita fornisce idee e opportunità entusiasmanti per progettare nanomateriali di zeolite", ha affermato Tom Willhammar, co-investigatore e ricercatore presso l'Università di Stoccolma. "Attraverso ulteriori lavori, speriamo di poter ottenere nanotubi zeolitici diversi con variazioni nella dimensione, nella forma e nella chimica dei pori".
In parole povere:un tubo in scala nanometrica realizzato con un materiale 1D con fori regolari e perforati sui lati è ora disponibile per l'esplorazione. Oltre a essere una scoperta scientifica fondamentale che potrebbe cambiare il modo in cui pensiamo alla progettazione di materiali porosi, i ricercatori vedono il potenziale per molte applicazioni pratiche.
"Le caratteristiche strutturali uniche di questi materiali consentiranno una serie di potenziali applicazioni nella separazione delle membrane, nella catalisi, nel rilevamento e nei dispositivi energetici in cui il trasporto di massa o di energia è cruciale", ha affermato Christopher W. Jones, co-principale ricercatore e professore presso Georgia Tech. "I materiali possono anche avere proprietà meccaniche uniche, trovando applicazioni nei materiali compositi, come hanno fatto i nanotubi di carbonio. In questa fase, il cielo è il limite e speriamo che i ricercatori cercheranno modi creativi per distribuire questi materiali a vantaggio dell'umanità». + Esplora ulteriormente
