Ingeniería, industria y construcción

Descubrir el desarrollo estructural de la zeolita en beneficio futuros diseños sintéticos

La ampliación de la «ventana de flexibilidad» de la zeolita ofrece a la ciencia de los materiales más control sobre el diseño de las propiedades catalíticas de los marcos metalorgánicos que podrían dar lugar a aplicaciones nuevas.

Un grupo de investigadores se basó en trabajo ejecutado en el proyecto financiado con fondos europeos GROWMOF (Modelling of MOF self-assembly, crystal growth and thin film formation) para comprender mediante simulaciones moleculares la estructura del aluminosilicato zeolita.

Esta información será valiosa para diseñar versiones sintéticas «hipotéticas» que ofrezcan una mayor gama de aplicaciones en la ciencia de los materiales para estos catalizadores excelentes. De este modo también se subsanará una laguna en el mercado.

La ventana de flexibilidad

Una zeolita es un tipo especial de roca capaz de atrapar agua en su interior que guarda relación con doscientos minerales. El aluminosilicato zeolita ha suministrado a la química numerosos catalizadores que permiten obtener una amplia gama de productos desde procesadores químicos industriales a arena para gatos.

Su estructura marco general tetraédrica crea la forma, el área superficial y la actividad química perfectas para catalizar reacciones con eficacia, pero su adopción industrial está frenada por la poca variedad de marcos disponibles. Una buena cantidad de investigaciones se han destinado a la generación de millones de nuevas versiones hipotéticas para su síntesis pero los logros han sido limitados.

El equipo al cargo del estudio publicó un trabajo en «Royal Society Publishing» en el que estudiaban la «ventana de flexibilidad», un concepto mediante el que la estructura marco de la zeolita permite a los científicos un grado de manipulación atómica que mantiene la estructura general intacta. Investigaciones anteriores apuntaban a que este fenómeno está presente en prácticamente todas las zeolitas naturales a excepción de la goosecreekita. En paralelo, no es común en las estructuras hipotéticas creadas por los científicos, lo que apunta a que su existencia podría hacer ese hipotético un buen candidato para su síntesis.

Existe además la posibilidad de dar con candidatos más prometedores gracias a la adopción de técnicas de simulación que demuestran que el uso de límites menos estrictos en la manipulación de las «barras» de la estructura tetraédrica de la zeolita podría ampliar la ventana de flexibilidad en los aluminios. Gracias a esta técnica el equipo pudo incluso descubrir indicios de una ventana de flexibilidad en la goosecreekita.

Un progreso en la ciencia de los materiales

El estudio complementa una investigación reciente del mismo equipo sobre la flexibilidad y el contenido externo al marco en la faujasita. Además se basa en su propio trabajo para ampliar la metodología del software de simulación geométrica para entender mejor los marcos organicometálicos (MOF). Estos marcos son estructuras tridimensionales con vértices metálicos y uniones de moléculas orgánicas que se consideran de los descubrimientos más interesantes en la ciencia de los materiales nanoporosos debido a que ofrecen un rango casi infinito de combinaciones de materiales. Las aplicaciones sugeridas en GROWMOF incluyen la separación de gases y la administración de fármacos.

GROWMOF se creó bajo la premisa de que comprender el modo en el que los MOF alcanzan su potencial es necesario para tener un mayor grado de predictibilidad en su síntesis, una apreciación más adecuada de las propiedades del material resultante y la ruta completa desde la composición molecular al crecimiento de cristales y la formación de capas finas.

Este estudio muestra claramente que la simulación geométrica de las estructuras marco puede ampliarse más allá de su competencia para modelar sistemas de sílice (SiO2). Los investigadores confían en que su trabajo podría transformar de forma fundamental nuestro conocimiento sobre cómo los marcos metalorgánicos se forman a distintas escalas y dar lugar a nuevas vías de investigación para la síntesis dirigida de los mismos.

Para más información, consulte:
Página web del proyecto en CORDIS

fecha de la última modificación: 2017-12-29 17:15:01



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