Les zéolites, qui sont des matériaux poreux cristallins, sont très largement utilisées dans la production de produits chimiques, de carburants, de matériaux et d'autres produits. Jusqu'à présent, les zéolithes ont été fabriquées sous forme de matériaux 3D ou 2D. Cela a changé avec la découverte récente de zéolithes cristallines sous une forme nanotubulaire (1D) par des chercheurs du Georgia Institute of Technology, de l'Université de Stockholm et de la Penn State University. Les résultats ont été publiés dans le numéro du 6 janvier de Science .

"Une découverte comme celle-ci est l'une des parties les plus passionnantes de notre recherche", a déclaré Sankar Nair, chercheur principal et professeur à la School of Chemical &Biomolecular Engineering de Georgia Tech. "Nous sommes de plus en plus habitués à faire de la recherche qui a une application prédéterminée à la fin, c'est donc un rappel que les découvertes fondamentales en science des matériaux sont également passionnantes et importantes."

Les zéolithes ont des pores à peu près de la taille de nombreux types de molécules, et les scientifiques et les ingénieurs ont utilisé les tailles, formes et connexions variées des pores pour faire la distinction entre des molécules de différentes tailles, permettant la production de produits chimiques adaptés à la production de plastique, ou pour la séparation des molécules indésirables de celles souhaitées, à titre d'exemples.

L'équipe concevait des synthèses pour assembler des matériaux zéolithiques 2D. Dans une tournure inattendue des événements, certains des résultats ont indiqué qu'un nouveau type de processus d'assemblage était en cours. En effet, un tel cas a conduit à un nouveau matériau zéolitique 1D qui avait une structure en forme de tube avec des parois poreuses perforées. Ce matériau 1D, appelé nanotube zéolitique, ne ressemblait à aucune zéolite jamais synthétisée ou découverte dans la nature auparavant.

"Les nanotubes de zéolite pourraient être utilisés pour fabriquer des types entièrement nouveaux de composants à l'échelle nanométrique capables de contrôler le transport de masse, de chaleur ou de charge, non seulement sur toute la longueur du tube dans le tuyau, mais également à l'intérieur et à l'extérieur à travers les parois perforées", a déclaré Nair.

Résoudre l'arrangement détaillé des atomes dans le nanotube de zéolite était une tâche difficile, pour laquelle les chercheurs de Georgia Tech se sont associés à des experts en cristallographie de zéolite de l'Université de Stockholm et de Penn State. Ils ont découvert que les parois des nanotubes avaient un arrangement unique d'atomes qui n'est pas connu dans les zéolithes 3D ou 2D. Ce même agencement est également responsable de forcer la zéolite à se former comme un tube 1D plutôt qu'un matériau 2D ou 3D.

"Il s'agit du premier exemple d'une nouvelle classe de nanotubes, et sa structure unique et bien définie fournit des idées et des opportunités passionnantes pour concevoir des nanomatériaux de zéolite", a déclaré Tom Willhammar, co-chercheur et chercheur à l'Université de Stockholm. "Grâce à d'autres travaux, nous espérons que différents nanotubes zéolitiques pourront être obtenus avec des variations dans la taille, la forme et la chimie des pores."

En clair, un tube à l'échelle nanométrique fabriqué à partir d'un matériau 1D avec des trous réguliers et perforés sur les côtés est maintenant disponible pour l'exploration. Outre qu'il s'agit d'une découverte scientifique fondamentale qui pourrait changer notre façon de concevoir les matériaux poreux, les chercheurs voient un potentiel pour de nombreuses applications pratiques.

« Les attributs structurels uniques de ces matériaux permettront un éventail d'applications potentielles dans les séparations membranaires, la catalyse, la détection et dans les dispositifs énergétiques où le transport de masse ou d'énergie est crucial », a déclaré Christopher W. Jones, co-chercheur principal et professeur à Géorgie Tech. "Les matériaux peuvent également avoir des propriétés mécaniques uniques, trouver des applications dans les matériaux composites, comme l'ont fait les nanotubes de carbone. À ce stade, le ciel est la limite, et nous espérons que les chercheurs chercheront des moyens créatifs de déployer ces matériaux au profit de l'humanité." + Explorer plus loin

De minuscules cristaux poreux modifient la forme de l'eau pour accélérer les réactions chimiques