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Figura. Izquierda: ZEO-1 posee un sistema 3D de poros extra grandes, más un sistema 3D de poros grandes, todos ellos interconectados. En esta figura, la estructura se visualiza a lo largo de (100). Los poros circulares grandes se abren a través de anillos de 16 tetraedros (alrededor de 10 Å, los nuevos poros “extragrandes”), mientras que los poros más pequeños, ovoides, están hechos de 12 tetraedros (alrededor de 7x6 Å, los tradicionales poros “grandes”). Derecha: Vista en perspectiva de los poros extra grandes de ZEO-1 a lo largo de (100).
Video de ZEO-1 disponible aquí
Madrid/ Cerdanyola del Vallès (Barcelona), 27 de diciembre de 2021. Un equipo de investigación internacional, liderado en España por el científico del CSIC Miguel A. Camblor, ha descubierto una zeolita de aluminosilicato estable con un sistema tridimensional de poros extragrandes interconectados, denominada ZEO-1.
Las zeolitas son materiales cristalinos porosos con importantes aplicaciones industriales, incluyendo usos en procesos catalíticos. Las aperturas de los poros limitan el acceso de las moléculas dentro y fuera del espacio interno confinado de las zeolitas, donde tienen lugar las reacciones.
El estudio, publicado en la revista científica Science, ha demostrado que ZEO-1 posee estos poros “extragrandes” de alrededor de 10 Å (1 angstrom equivale a la diezmillonésima parte de un metro), pero también poros algo más pequeños de unos 7 Å que es, de hecho, el tamaño de los poros “grandes” tradicionales.
Debido a su porosidad, fuerte acidez y alta estabilidad, ZEO-1 podría tener aplicaciones como catalizador en química fina para la producción de componentes farmacéuticos, en la liberación controlada de sustancias, para disminuir la contaminación o como soporte para la encapsulación de especies foto o eletroactivas (que reaccionan a la luz o a un campo eléctrico).
“Los cruces de sus poros delimitan supercajas, espacios abiertos que se pueden considerar nanoreactores en cuyo espacio confinado tienen lugar reacciones químicas”, explica Miguel A. Camblor, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid - CSIC.
Para demostrar que esta nueva zeolita podría ser útil en aplicaciones relacionadas con moléculas más grandes, el equipo midió la adsorción a la superficie interna de la zeolita del colorante Rojo Nilo – una molécula grande. Además, probaron su rendimiento en el craqueo catalítico, es decir, en el refinamiento de petróleo, un proceso necesario para la producción de combustibles. En ambos casos, la nueva zeolita tuvo un rendimiento mejor que las zeolitas de poros grandes convencionales que se utilizan hoy en día.
Esta investigación es el resultado de una colaboración entre ocho centros de investigación de China, Estados Unidos, Suecia y España. El equipo fue liderado por Fei-Jian Chen (Colegio Médico de Bengbu, China), Xiaobo Chen (Universidad del Petróleo de China), Jian Li (Universidad de Estocolmo) y Miguel A. Camblor (Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC).
Determinar la estructura con luz de sincrotrón
La zeolita se descubrió mediante la aplicación de una metodología de cribado de alto rendimiento. Resolver la estructura fue un reto ya que la zeolita posee una estructura muy compleja, con un tamaño de cristal pequeño (menor de 200 nanómetros) pero un volumen de celda extremadamente grande.
“La determinación precisa de la estructura solo fue posible combinando datos de difracción de electrones con datos de difracción de rayos X de polvo obtenidos en la línea de luz MSPD del Sincrotrón ALBA y el Argonne National Laboratory (EE. UU.)”, afirma Camblor.
“El detector del difractómetro de MSPD es un instrumento clave que ofrece una gran resolución. Así es posible determinar los parámetros de la gran celda unidad que exhibe ZEO-1 y localizar los átomos dentro de ella con gran precisión”, añade François Fauth, científico a cargo de la línea de luz MSPD del Sincrotrón ALBA.
Este trabajo forma parte del proyecto PID2019-105479RB-I00 finaciado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033.
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-20-15798.
