Des chercheurs découvrent des zéolithes cristallines sous forme de nanotubes


Des chercheurs découvrent des zéolithes cristallines sous forme de nanotubes

(a) Une région où certains nanotubes zéolitiques sont fusionnés en une structure 3D périodique (marquée par un rectangle rouge) ; (bc) Vue agrandie de la zone marquée en (a) montrant la structure atomique très similaire à la projection 2D de la zéolite bêta (*BEA) le de celle-ci [100] Direction. Les symboles rouges superposés représentent les positions approximatives des atomes Si ou Al. Source : DOI : 10.1126/science.abg3793

Les zéolites, qui sont des matériaux poreux cristallins, sont très largement utilisées dans la fabrication de produits chimiques, de carburants, de matériaux et d’autres produits. Jusqu’à présent, les ont été produites sous forme de matériaux 3D ou 2D. Cela a changé avec la découverte récente de zéolithes sous forme de nanotubes (1D) par des 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 la 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 des recherches qui finissent par avoir une application prédéterminée, cela nous rappelle donc que les découvertes fondamentales en science des matériaux sont également passionnantes et importantes. »

Les zéolithes ont des pores de la taille de nombreux types de molécules, et les scientifiques et les ingénieurs ont utilisé les différentes tailles, formes et connectivité des pores pour distinguer les molécules de différentes tailles, permettant la création de produits chimiques nécessaires à la fabrication de plastiques capables de séparer molécules indésirables de celles souhaitables, par exemple.

L’équipe a conçu des synthèses pour assembler des matériaux zéolithiques 2D. Dans une tournure inattendue des événements, certaines des découvertes ont indiqué qu’un nouveau type de processus d’assemblage était en cours. En fait, un tel cas a abouti à un nouveau matériau zéolitique 1D qui présentait une structure tubulaire avec des parois poreuses perforées. Surnommé un nanotube zéolitique, ce matériau 1D ne ressemblait à aucune zéolite jamais synthétisée ou découverte dans la nature.

« Les nanotubes de zéolite pourraient être utilisés pour créer des types entièrement nouveaux de composants à l’échelle nanométrique capables de contrôler le transport de , de chaleur ou de charge, non seulement sur la longueur du tube, mais également à l’intérieur et à l’extérieur des 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 que l’on ne voit pas dans les zéolithes 3D ou 2D. Le 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 leur structure unique et bien définie offre des idées et des possibilités passionnantes pour la conception de 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 avec des variations de taille, de forme et de chimie des pores pourront être obtenus. »

En termes simples, un tube à l’échelle nanométrique constitué d’un matériau 1D avec des trous réguliers et perforés sur les côtés est maintenant disponible pour l’exploration. En plus d’être une découverte scientifique fondamentale qui pourrait changer notre façon de penser la conception des matériaux poreux, les chercheurs voient un potentiel pour de nombreuses applications pratiques.

« Les propriétés structurelles uniques de ces matériaux ouvriront un certain nombre 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 essentiel », a déclaré Christopher W. Jones, co-chercheur principal et professeur à Géorgie Tech. « Les matériaux peuvent également avoir des propriétés mécaniques uniques et trouver des applications dans les composites, comme les nanotubes de carbone. À ce stade, le ciel est la limite et nous espérons que les chercheurs chercheront des moyens créatifs d’utiliser ces matériaux au profit de l’humanité. »


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


Plus d’information:
Akshay Korde et al, Nanotubes zéolitiques à paroi unique, la science (2022). DOI : 10.1126/science.abg3793

Fourni par Georgia Institute of Technology

Devis: Des chercheurs découvrent des zéolites cristallines sous forme nanotubulaire (21 janvier 2022) Extrait le 21 janvier 2022 de https://phys.org/news/2022-01-crystall-zeolites-nanotubular.html

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