Nyupptäckta zeoliter skapar fler möjligheter inom materialkemi

Forskare från Stockholms universitet, East China Normal University och Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology har upptäckt två helt nya typer av zeoliter, en typ av porösa kristaller som erbjuder nya miljövänligare möjligheter för att bilda material som används i allt från hushållsrengöringsmedel till avancerade batterier. Resultaten publiceras i en ny studie i Nature Synthesis.

Zeoliter är porösa kristaller med små och enhetliga porer som fungerar som molekylsiktar, vilket betyder att de selektivt släpper igenom vissa molekyler medan andra blockeras. Denna unika egenskap gör dem ovärderliga i tillämpningar som katalys, vattenrening och oljeraffinering. Deras förmåga att underlätta kemiska reaktioner på ett effektivt och hållbart sätt ligger till grund för många vardagsprodukter och banbrytande tekniker.

– Att förstå hur zeoliter bildas och omvandlas på atomär nivå har varit en utmaning. Traditionella metoder som används för att studera dessa material misslyckas ofta när kristaller är små och strukturer är komplexa. Vårt forskningsteam har dock utnyttjat en ny teknik som kallas tidsupplöst 3D-elektrondiffraktion (3D ED) för att övervinna dessa hinder, säger Xiaodong Zou, professor Kemikum vid Stockholms universitet.

Tidsupplöst 3D ED gör det möjligt för forskare att fånga snabba förändringar i materialens atomstruktur när de genomgår kemiska reaktioner. Genom att ta ögonblicksbilder av atomer i rörelse kan forskarna observera hur atomer förflytta sig, bildar nya bindningar och bryter gamla under omvandlingen av zeoliter. En sådan detaljnivå har tidigare varit ouppnåelig, särskilt i små och komplicerade kristaller.

– Vårt team har identifierat två helt nya typer av zeoliter som fått namnen ECNU-45 och ECNU-46. Dessa zeoliter har extra stora porer och utökar familjen av kända zeoliter. Detta banbrytande arbete belyser inte bara de grundläggande processerna som driver bildandet av zeoliter utan banar också väg för att designa avancerade material med skräddarsydda egenskaper, säger Xiaodong Zou.

Genom att förstå mekanismerna på atomnivå bakom topotaktiska reaktioner – en kemisk reaktion i material där materialet förändras men behåller sin ursprungliga struktur till stor del – kan forskarna bättre konstruera material för specifika industriella behov. Tillämpningen av tidsupplöst 3D-elektrondiffraktion öppnar upp nya möjligheter för att utforska och manipulera materiens byggstenar, vilket påskyndar utvecklingen av funktionella material som kan möta de växande kraven inom teknik och industri, från hushållsrengöringsmedel till avancerade batterier.

Läs studien i Nature Synthesis: https://www.nature.com/articles/s44160-024-00715-1

Kontakt

Xiaodong Zou, professor vid Kemikum vid Stockholms universitet
E-post: xiaodong.zou@mmk.su.se
Telefon: 076-216 88 20