Onderzoekers hebben het eerste definitieve bewijs gevonden van hoe silicaliet-1 (MFI-type) zeolieten groeien, waaruit blijkt dat groei een gezamenlijk proces is waarbij zowel nanodeeltjes worden gehecht als moleculen worden toegevoegd.

Beide processen lijken gelijktijdig plaats te vinden, zei Jeffrey Rimer, een technische professor aan de Universiteit van Houston en hoofdauteur van een artikel dat donderdag in het tijdschrift is gepubliceerd Wetenschap .

Hij zei dat een tweede onderdeel van het onderzoek een nog duurzamere impact zou kunnen hebben. Hij en onderzoeker Alexandra I. Lupulescu gebruikten een nieuwe techniek waarmee ze de oppervlaktegroei van zeoliet in realtime konden bekijken, een doorbraak die Rimer zei, kan worden toegepast op andere soorten materialen, ook.

Typisch, onderzoekers onderzoeken zeolietgroei door kristallen uit de natuurlijke syntheseomgeving te verwijderen en veranderingen in hun fysieke eigenschappen te analyseren, zei Rimer, Ernest J. en Barbara M. Henley Universitair docent chemische en biomoleculaire engineering aan de UH. Dat heeft het begrijpen van het fundamentele mechanisme van zeolietgroei uitdagender gemaakt.

Zeolieten komen van nature voor, maar kunnen ook worden vervaardigd. Dit onderzoek betrof silicaliet-1, een synthetische, aluminiumvrij zeoliet dat in de literatuur als prototype heeft gediend voor het bestuderen van de groei van zeoliet.

Al meer dan twee decennia, onderzoekers hebben getheoretiseerd dat nanodeeltjes, waarvan bekend is dat ze aanwezig zijn in zeolietgroeioplossingen, een rol gespeeld bij de groei, maar er was geen direct bewijs. En hoewel de meeste kristallen op klassieke wijze groeien - de toevoeging van atomen of moleculen aan het kristal - suggereerde de aanwezigheid en geleidelijke consumptie van nanodeeltjes een niet-klassieke route voor zeolietkristallisatie.

Rimer en Lupulescu ontdekten dat zowel klassieke als niet-klassieke groeimodellen aan het werk waren.

"We hebben laten zien dat er een complexe set van dynamiek plaatsvindt, "Zei Rimer. "Daardoor, we hebben onthuld dat er meerdere paden zijn in het groeimechanisme, waarmee een probleem wordt opgelost waarover al bijna 25 jaar wordt gedebatteerd."

Het lost een mysterie op in de wereld van kristaltechniek, maar hoe ze het deden, kan een meer blijvende impact hebben. Rimer en Lupulescu, die het project deed als onderdeel van haar proefschrift, het behalen van haar Ph.D. in chemische technologie van UH's Cullen College of Engineering in december, werkte samen met het in Californië gevestigde Asylum Research. Ze gebruikten time-resolved Atomic Force Microscopy (AFM) om topografische beelden van silicaliet-1-oppervlakken vast te leggen terwijl ze groeiden.

AFM biedt 3D-beelden met een bijna moleculaire resolutie van het kristaloppervlak. Rimer zei dat de technologie, samen met software ontwikkeld door Asylum Research en zijn lab, maakte het mogelijk om de groei in situ te bestuderen, of op zijn plaats. Terwijl zijn lab werkt bij temperaturen tot 100 graden Celsius, de instrumentatie kan temperaturen tot 300 C aan, waardoor het mogelijk is om het te gebruiken voor een aantal materialen die groeien in solvotherme omstandigheden, hij zei.