Les chercheurs ont trouvé la première preuve définitive de la croissance des zéolithes de silicalite-1 (type MFI), montrant que la croissance est un processus concerté impliquant à la fois la fixation de nanoparticules et l'ajout de molécules.

Les deux processus semblent se produire simultanément, dit Jeffrey Rimer, professeur d'ingénierie à l'Université de Houston et auteur principal d'un article publié jeudi dans la revue Science .

Il a déclaré qu'un deuxième volet de la recherche pourrait avoir un impact encore plus durable. Lui et la chercheuse Alexandra I. Lupulescu ont utilisé une nouvelle technique leur permettant de visualiser la croissance de la surface de la zéolite en temps réel, une percée que Rimer dit peut être appliquée à d'autres types de matériaux, également.

Typiquement, les chercheurs examinent la croissance de la zéolite en éliminant les cristaux de l'environnement de synthèse naturel et en analysant les changements de leurs propriétés physiques, dit Rimer, Ernest J. et Barbara M. Henley Professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à l'UH. Cela a rendu plus difficile la compréhension du mécanisme fondamental de la croissance de la zéolite.

Les zéolites sont présentes à l'état naturel mais peuvent également être fabriquées. Cette recherche portait sur la silicalite-1, un synthétique, zéolite sans aluminium qui a servi de prototype dans la littérature pour étudier la croissance de la zéolite.

Depuis plus de deux décennies, les chercheurs ont émis l'hypothèse que les nanoparticules, qui sont connus pour être présents dans les solutions de croissance de zéolite, joué un rôle dans la croissance, mais il n'y avait aucune preuve directe. Et tandis que la plupart des cristaux se développent par des moyens classiques - l'ajout d'atomes ou de molécules au cristal - la présence et la consommation progressive de nanoparticules suggèrent une voie non classique pour la cristallisation de la zéolite.

Rimer et Lupulescu ont découvert que les modèles de croissance classiques et non classiques étaient à l'œuvre.

"Nous avons montré qu'un ensemble complexe de dynamiques a lieu, " dit Rimer. " Ce faisant, nous avons révélé qu'il existe de multiples voies dans le mécanisme de croissance, qui résout un problème débattu depuis près de 25 ans."

Il résout un mystère dans le monde de l'ingénierie cristalline, mais comment ils l'ont fait peut avoir un impact plus durable. Rimer et Lupulescu, qui a réalisé le projet dans le cadre de sa thèse, l'obtention de son doctorat. en génie chimique du Cullen College of Engineering de l'UH en décembre, a travaillé avec Asylum Research, basé en Californie. Ils ont utilisé la microscopie à force atomique (AFM) à résolution temporelle pour enregistrer des images topographiques des surfaces de silicalite-1 au fur et à mesure de leur croissance.

L'AFM fournit des images 3-D à résolution moléculaire proche de la surface du cristal. Rimer a dit que la technologie, ainsi qu'un logiciel développé par Asylum Research et son laboratoire, a permis d'étudier la croissance in situ, ou en place. Alors que son laboratoire travaille à des températures allant jusqu'à 100 degrés Celsius, l'instrumentation peut gérer des températures aussi élevées que 300 C, permettant de l'utiliser pour de nombreux matériaux poussant en conditions solvothermes, il a dit.