Araştırmacılar, Katalizör Zeolit Nanoporların Yeni Yapı Taşlarını Keşfetti
Fotoğraf : UMass Amherst kimyagerleri ve malzeme bilimcileri, diğer uygulamaların yanı sıra temiz enerji ve karbon yakalama için yeni malzemelere yol açmaya yardımcı olmak için zeolit katalizör yapısı ve titreşimleri hakkında ileri düzeyde bilgi sahibidir.
Petrolün benzine ve biyokütlenin biyoyakıtlara rafine edilmesinde kullanılan diğer şeylerin yanı sıra zeolit kristalleri, gezegende ağırlıkça en çok kullanılan katalizörlerdir ve kimyager Scott Auerbach ve Massachusetts Amherst Üniversitesi’ndeki meslektaşları, bunların nasıl oluştuğuna dair mekanizmaların kimya endüstrisi ve ilgili araştırmacılar için yoğun ilgi gördüğünü söylüyor. Zeolit yapısını ve titreşimleri anlamanın yeni bir yolundaki ilerlemelerinin, sofistike yeni uygulamalarda kullanım için yeni, özel yapım zeolitlere yol açmasını umuyorlar.
Journal of American Chemical Society dergisinin son sayısındaki kapak hikayeleri, zeolitlerin gözenekli yapılarını ve dinamik davranışlarını açıklamaya yardımcı olmak amacıyla ekibin “trisiklik köprüler” olarak adlandırdıkları yeni nano ölçekli yapı taşlarını keşfetmek için sistematik analizleri ve Raman spektroskopisi artı kuantum mekanik modellemeyi nasıl kullandığını anlatıyor.
Auerbach, “Bu buluş önemlidir çünkü bize görünmez olanı – zeolit kristallerine yol açan hassas yapıları görmenin bir yolunu veriyor. Bu tür yapısal anlayışların, temiz enerjide ve karbon yakalamada gelişmiş uygulamalar için yeni, kişiye özel zeolitleri sentezlememize yardımcı olacağını umuyoruz.” diyor. Ortak yazarları kimya mühendisi Wei Fan, UMass Amherst’teki ilk yazar Tongkun Wang ve Worcester Politeknik Enstitüsü’ndekilerden oluşmaktadır.
Yazarlar, önceki “aşırı basit” yaklaşımları değiştirerek yöntemlerinin “trisiklik köprüler kavramını kullanarak zeolit yapısını ve oluşumunu araştırmak için analitik bir araç olarak Raman spektroskopisini kullanma yeteneğimizi artırabileceğini” söylüyorlar.
ABD Enerji Bakanlığı Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü tarafından desteklenen bu çalışmada Auerbach ve meslektaşları, zeolit sentezini ortaya çıkarmanın öncül yapıların orta büyüklükte olması nedeniyle karmaşık olduğunu, atomik seviye ve fonksiyonel grup yapısal analizleri için çok büyük ve X-ışını analizleri için çok bozuk olması nedeniyle nano ölçekli bir “kör noktaya” düştüğünü söylüyorlar. Buna karşılık, Raman spektroskopisi “çeşitli malzemelerdeki orta menzilli yapıları araştırmak için güçlü bir araç olarak ortaya çıkmıştır” diye belirtiyorlar.
Fan, şimdiye kadar, yeni yapı ve kompozisyonlarla zeolitlerin sentezi üzerine yapılan deneysel çalışmaların, deneme-yanılma yöntemlerine dayandığını ve sürecin karakterize edilmesinin “boşuna umutlandıran bir meydan okuma” oluşturduğunu açıklıyor. Trisiklik köprülere dayalı katkıları, kristalleşme yolunu anlamak ve kataliz ve ayırmalarda ileri uygulamalar için malzeme tasarlamak için kapıyı açmak için yeni bir araç sağlıyor.
Ayrıca, “Genellikle Raman bantlarının ayrı ayrı zeolit halkalara atanabileceğine dair çok az kanıt vardır.” varsayımına dikkat çektiler. Bu varsayımı test ettiler ve trisiklik köprülerin (birbirine bağlı üç zeolit halkasının koleksiyonları) zeolit oluşumunda kritik bir rol oynadığını buldular. Bunu kullanarak, zeolit bağ açısı ile Raman frekansı arasında zeolit kristalizasyonu sırasında oluşan yapıları saptamak için kullanılabilecek kesin bir ilişki keşfettiler.
Gelecekteki çalışmalarda Auerbach, Fan ve ekipleri, zeolit kristalleştirme işlemi sırasında Raman spektrumlarını ölçmeyi ve modellemeyi, hangi trisiklik köprülerin mevcut olduğunu ve ortaya çıkan zeolitler tarafından miras alınacağını belirlemeyi planlıyorlar.
Kaynak : phys.org
