Kombinace vrstev dvojrozměrných zeolitů – nový typ materiálů v JACS
Dr. Michal Mazur, foto: CUCAM
Výzkum syntézy těchto hlinitokřemičitanů, které mohou obsahovat i další prvky (např. Ge, B, Sn atd.), podrobná fyzikálně-chemická charakterizace a možnosti dalšího využití v rozmanitých aplikacích stále rostou. Další možnosti využití zeolitů v průmyslu jsou zatím omezené velikostí vstupních oken do porézního systému, což brání objemnějším molekulám v jejich proniknutí dovnitř krystalu a dosaženi katalyticky aktivních center.
Dvojrozměrné zeolity mají velikost několika desítek nebo stovek nanometrů ve dvou rozměrech, zatímco ve třetím krystalografickém směru je tato velikost omezena pouze na 2-3 nm (1-2 elementární buňky). Příprava těchto materiálů je složitá a je možná několika cestami: přímou syntézou za použití vhodných organických molekul nebo kationtů, případně metodou ADOR vyvinutou v České republice, to znamená hydrolýzou již vykrystalizovaných germanosilikatů, během které odstraňuje se germanium a získávají se stabilní silikátové vrstvy.
prof. Jiří Čejka, foto: CUCAM
"Syntéza stabilních zeolitů se vstupními okny výrazně většími, než ty současné využívané v průmyslu je zatím velmi omezena. Vzhledem k tomu, musíme neustále hledat nové metody syntézy, které by mohly vést k přípravě katalyzatorů pro přeměny objemných molekul," říká Wieslaw J. Roth, z krakovské UJ, který také dlouhá léta působil ve výzkumu ve firmách Mobil a ExxonMobil.K popisu připravených materiálů bylo využito řady komplementárních technik: rentgenové difrakční
analýzy, skenovací transmisní elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil, adsorpčních měření a infračervené spektroskopie. „Díky zmíněným technikám se nám podařilo prokázat, že připravené zeolity jsou tvořené dvěma typy zeolitů: FER/CDO a MWW, což je bezprecedentní případ, který vytváří velké možnosti v oblasti navrhovaní nových typu katalyzátorů.“ říká Michal Mazur z CUCAM UK.
Obrovský vnější povrch, který je snadno dostupný pro objemné molekuly reaktantů, je jednou z nejdůležitějších vlastností těchto dvojrozměrných zeolitických katalyzátorů. Tyto materiály mohou najit své uplatnění při zpracování ropy nebo biomasy.
Obrázek STEM ukazující materiál popsaný v publikovaným článku: vrstvy zeolitu MWW, FER a CDO.
Původní práce:
Exfoliated Ferrierite-Related Unilamellar Nanosheets in Solution and Their Use for Preparation of Mixed Zeolite Hierarchical Structures. Wieslaw J. Roth, Takayoshi Sasaki, Karol Wolski, Yasuo Ebina, Dai-Ming Tang, Yuichi Michiue, Nobuyuki Sakai, Renzhi Ma, Ovidiu Cretu, Jun Kikkawa, Koji Kimoto, Katarzyna Kalahurska, Barbara Gil, Michal Mazur, Szczepan Zapotoczny, Jiři Čejka, Justyna Grzybek, and Andrzej Kowalczyk, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 29, 11052–11062, https://doi.org/10.1021/jacs.1c04081
Akce dokumentů