Cristales de zeolitas, utilizado, entre otras cosas, para refinar el petróleo a gasolina y biomasa en biocombustibles, son los catalizadores más utilizados por peso en el planeta, y descubrir los mecanismos de cómo se forman ha sido de gran interés para la industria química y los investigadores relacionados, dicen el químico Scott Auerbach y sus colegas de la Universidad de Massachusetts Amherst. Esperan que su avance en una nueva forma de comprender la estructura y las vibraciones de la zeolita conduzca a nuevas zeolitas hechas a medida para su uso en nuevas aplicaciones sofisticadas.

Su historia de portada en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense describe cómo el equipo utilizó análisis sistemáticos y una técnica llamada espectroscopia Raman, más modelado mecánico cuántico, para descubrir nuevos bloques de construcción a nanoescala que llaman "puentes tricíclicos, "para ayudar a explicar las estructuras porosas de las zeolitas y sus comportamientos dinámicos.

Auerbach dice:"Este avance es importante porque nos da una forma de ver lo invisible:las estructuras precisas que conducen a los cristales de zeolita. Esperamos que estos conocimientos estructurales nos ayuden a sintetizar nuevos, zeolitas hechas a medida para aplicaciones avanzadas en energía limpia y captura de carbono ". Sus coautores incluyen al ingeniero químico Wei Fan y al primer autor Tongkun Wang en UMass Amherst, con otros en Worcester Polytechnic Institute.

Los autores dicen que al reemplazar los enfoques "demasiado simplistas" anteriores, sus métodos pueden "mejorar nuestra capacidad para utilizar la espectroscopía Raman como una herramienta analítica para investigar la estructura y formación de zeolitas, utilizando el concepto de puentes tricíclicos ".

En este trabajo apoyado por la División de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Departamento de Energía de EE. UU., Auerbach y sus colegas dicen que revelar la síntesis de zeolita es complicado por el hecho de que las estructuras precursoras son de tamaño mediano, por lo que caen en un "punto ciego" a nanoescala:demasiado grande para análisis estructurales de grupos funcionales y de nivel atómico y demasiado desordenado para análisis de rayos X. Por el contrario, La espectroscopia Raman "ha surgido como una herramienta poderosa para sondear estructuras de rango medio en una variedad de materiales, "ellos notan.

Fan explica que hasta ahora, Los estudios experimentales sobre la síntesis de zeolitas con nuevas estructuras y composiciones se basaron en métodos de prueba y error. y caracterizar el proceso planteaba un "desafío tentador". Su contribución basada en puentes tricíclicos proporciona una nueva herramienta para comprender la vía de cristalización, abriendo la puerta al diseño de materiales para aplicaciones avanzadas en catálisis y separaciones, afirman.

Más lejos, señalan que "a menudo se asume, con poca evidencia, que las bandas Raman pueden asignarse a anillos de zeolita individuales". Probaron esta suposición y encontraron que los puentes tricíclicos (colecciones de tres anillos de zeolita conectados entre sí) juegan un papel crítico en la formación de zeolitas. Usando esto, descubrieron una relación precisa entre el ángulo de enlace de la zeolita y la frecuencia Raman que se puede utilizar para identificar las estructuras que se forman durante la cristalización de la zeolita.

En el trabajo futuro, Auerbach, Fan y su equipo planean medir y modelar los espectros Raman durante el proceso de cristalización de zeolita. para determinar qué puentes tricíclicos están presentes y serán heredados por las zeolitas resultantes.