L'élargissement de la « fenêtre de flexibilité » de la zéolite offre à la science des matériaux plus de contrôle sur la conception et la désignation des structures métallo-organiques (MOF) pour leurs propriétés catalytiques, l'introduction de nouvelles applications.

Les chercheurs s'appuyant sur les travaux menés par le projet financé par l'UE, GROWMOF (Modélisation d'auto-assemblage MOF, croissance cristalline et formation de couches minces), ont utilisé avec succès des simulations moléculaires pour mieux comprendre la structure de l'aluminosilicate de zéolite.

Ces informations seront précieuses pour les efforts déployés pour concevoir des versions synthétiques « hypothétiques », destiné à offrir une gamme plus large d'applications en science des matériaux pour ces excellents catalyseurs, combler une lacune sur le marché.

La « fenêtre de flexibilité »

Une zéolite est un type spécial de roche qui peut piéger de l'eau en son sein et est associée à 200 minéraux. Zéolite aluminosilicate, a jusqu'à présent fourni à la chimie des catalyseurs utiles, permettant une large gamme de produits allant des transformateurs chimiques industriels à la litière pour chats.

Alors que la structure de charpente tétraédrique des zéolites crée la forme parfaite, surface spécifique et activité chimique pour des catalyseurs efficaces, leur adoption industrielle est entravée par la faible variété de frameworks disponibles. De nombreuses recherches ont été consacrées à la génération de millions de nouvelles versions hypothétiques à synthétiser, mais le succès a jusqu'à présent été limité.

L'équipe, publier dans 'Royal Society Publishing', exploré la soi-disant « fenêtre de flexibilité », où la structure de charpente de la zéolite permet aux scientifiques un certain degré de manipulation atomique, tout en gardant intacte la structure globale. Des recherches antérieures avaient indiqué que ce phénomène est présent dans presque toutes les zéolites naturelles connues, la seule exception étant le goosecreekite. À la fois, il est rare dans les structures hypothétiques créées par les scientifiques, suggérer son existence ferait de cette hypothèse un bon candidat pour la synthèse.

Offrant de l'espoir pour la localisation de candidats plus prometteurs, les chercheurs ont adopté des techniques de simulation pour démontrer qu'en utilisant des contraintes plus douces dans la manipulation des parties « barre » de la structure tétraédrique de la zéolite, pourrait ouvrir la fenêtre de la flexibilité, autour des chantiers d'aluminium. En utilisant cette technique, l'équipe a même pu trouver des preuves d'une fenêtre de flexibilité dans le goosecreekite.

Faire progresser la science des matériaux

L'étude complète l'enquête récente de l'équipe sur la flexibilité et le contenu extra-cadre de la faujasite. En outre, il s'appuie sur leurs travaux pour étendre la méthodologie des logiciels de simulation géométrique afin de mieux comprendre les structures métal-organiques (MOF). Les MOF sont des structures tridimensionnelles avec des coins métalliques et des lieurs de molécules organiques et sont considérés comme l'un des développements les plus passionnants de la science des matériaux nanoporeux, car ils offrent une gamme presque infinie de combinaisons de matériaux. Les applications proposées par GROWMOF incluent la séparation des gaz et l'administration de médicaments.

GROWMOF a été créé avec la compréhension que pour que les MOF atteignent leur potentiel, une plus grande prévisibilité dans leur synthèse était requise, parallèlement à une meilleure appréciation des propriétés matérielles résultantes, ainsi que de la voie complète de l'assemblage moléculaire à la croissance cristalline et à la formation de films minces.

Vers cette fin, cette dernière étude démontre clairement que la simulation géométrique des structures de charpente peut être étendue au-delà de son mandat initial de modélisation des systèmes de silice (SiO2). Les chercheurs sont convaincus que les travaux pourraient transformer fondamentalement notre compréhension de la formation des MOF à diverses échelles de longueur, tout en ouvrant de nouvelles pistes de recherche pour la synthèse ciblée des MOFs.