Los científicos descubren conocimientos a escala atómica en las zeolitas

Un nuevo estudio ha mejorado el análisis estructural de las zeolitas, ofreciendo información sobre sus mecanismos catalíticos y posibles aplicaciones más amplias en la ciencia de materiales. Crédito: DICP

Investigadores del Instituto Dalian de Física Química han avanzado en el análisis de zeolitas utilizando innovadoras técnicas de RMN de estado sólido 17O, revelando las intrincadas estructuras de los grupos hidroxilo y mejorando nuestra comprensión de sus propiedades catalíticas. Este avance puede tener aplicaciones más amplias en el análisis de otros materiales complejos.

Las zeolitas se emplean ampliamente en diversas industrias, pero la comprensión completa de sus propiedades catalíticas intrínsecas sigue siendo difícil de alcanzar, en gran parte debido a la complejidad de los restos de hidroxilaluminio.

Análisis a escala atómica de entornos locales para hidroxilo. especies Es esencial revelar la actividad catalítica intrínseca de las zeolitas y guiar el diseño de catalizadores de alto rendimiento. Sin embargo, muchos factores desfavorables prohíben el esclarecimiento de sus estructuras finas, como el bajo volumen, la propiedad metaestable, la similitud estructural, el entorno de enlaces de hidrógeno y la naturaleza desordenada de largo alcance.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Hou Guangjin y el Prof. Chen Kuizhi del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) reveló la estructura precisa de grupos hidroxilo complejos en zeolitas – con un conjunto completo de acoplamientos desarrollados y editados de forma independiente ¹H-¹⁷O métodos de resonancia magnética nuclear (RMN) de estado sólido. El estudio fue publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

Avances en RMN de estado sólido de 17O

el ¹⁷La RMN en estado sólido sería un candidato para mejorar la precisión analítica de las zeolitas si pudiera superar las dificultades técnicas relacionadas con la abundancia natural extremadamente baja, la baja relación giromagnética y la naturaleza cuadrupolar de las zeolitas. ¹⁷O isótopo. Por lo tanto, los investigadores emplearon una novela ¹⁷método de enriquecimiento con O y desarrolló una serie de ¹⁷Secuencias de pulsos de edición espectral basadas en O-NMR, lo que les permite mejorar la resolución espectral y abordar las estructuras protónicas sutiles dentro de las zeolitas.

La identificación precisa y de alta resolución de la especie se ha atribuido al abordaje integral de una interacción de RMN a menudo descuidada y no deseada, a saber, el transtérmino cuadrupolar-dipolar de segundo orden (interacción 2º-QD), que de hecho fue útil para obtener datos invaluables. información. sobre estructuras de zeolita.

Además, los investigadores encontraron cuantitativamente las proximidades de Al···H, O···H en bandas de enlaces simples y múltiples, y realizaron semicuantitativamente tasas de disociación de protones de hidroxilo tipo Brønsted. ácido sitio. Mostraron el entorno local a escala atómica de los restos catalíticamente importantes de Al-OH y Si-OH.

Las técnicas de RMN desarrolladas en este estudio se pueden aplicar aún más para proporcionar análisis de alta resolución de estructuras protónicas sutiles en otras circunstancias, como superficies de óxido metálico, estructuras metalorgánicas y biomateriales. «Nuestro estudio puede proporcionar una estrategia genérica para el análisis de alta resolución de las estructuras protónicas sutiles en zeolitas con ¹⁷O RMN de estado sólido», dijo el profesor Hou.

Referencia: «Detalles estructurales y dinámicos precisos en zeolitas revelados por espectroscopia de RMN de doble resonancia 1H-17O editada por acoplamiento» por Yi Ji, Kuizhi Chen, Xiuwen Han, Xinhe Bao y Guangjin Hou, 26 de marzo de 2024, Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
DOI: 10.1021/jacs.3c14787