Zeolit moleküler elek malzemelerinin geniş uygulama alanı (adsorpsiyon ayırma, iyon değişimi, kataliz gibi) yapısal özellikleriyle yakından ilgilidir. Örneğin, adsorpsiyon ve ayırma performansı gözeneklerin boyutuna ve moleküler eleğin gözenek hacmine bağlıdır; İyon değiştirme performansı, moleküler elekteki katyonların sayısına ve konumuna ve ayrıca gözenek kanallarının geçirgenliğine bağlıdır; Katalitik işlem sırasında sergilenen şekil seçiciliği, moleküler eleğin gözenek boyutu ve yönelimi ile ilişkiliyken, katalitik reaksiyondaki ara ve son ürünlerin gözenek boyutu veya kafes yapısı, moleküler eleğin yapısıyla ilişkilidir. Bu nedenle moleküler eleklerin yapısı, moleküler elek malzemelerinin incelenmesinde temel bir konudur.
Yapısal birim
Öncelikle en basit temel yapı birimleri üzerinde araştırma yapın. Genel olarak konuşursak, zeolit moleküler elekler tetrahedranın paylaşılan köşeler boyunca istiflenmesiyle oluşturulur, dolayısıyla bir tetrahedron birincil yapısal birimdir (TO4 tetrahedron). Örneğin silikalit-1 zeolit moleküler eleğinin birincil yapısal birimi silikon oksijen tetrahedradır ([SiO4] 0) ve bu tetrahedral yapı birimi elektriksel nötrlük sergiler. Bu silikon oksijen tetrahedra, MFI yapısına sahip bir zeolit moleküler elek oluşturmak üzere paylaşılan oksijen atomlarıyla bağlanır. Sentezde gözeneklerinde şablon ajanlar ve adsorbe edilmiş su bulunur. Elbette, sentez sisteminde alüminyum mevcut olduğunda iki tür tetrahedra vardır: silikon oksijen tetrahedra ([SiO4] 0) ve alüminyum oksijen tetrahedra ([AlO4] -) ve alüminyum oksijen tetrahedranın negatif bir değeri vardır. şarj. Moleküler eleklerin silikon ve alüminyumdan oluşan MFI yapısına sahip bir araya getirilmesi ve sentezlenmesiyle, bu yapının kendisi belirli bir negatif yük taşır, dolayısıyla onu bir bütün olarak elektriksel olarak nötr hale getirmek için ek katyonlarla dengelenmesi gerekir. Fosforlu alüminyum moleküler elek, elektriksel olarak nötr bir iskelete sahip, kesinlikle alternatif fosfor oksijen tetrahedra ([PO4]+) ve alüminyum oksijen tetrahedradan ([AlO4] -) oluşur. Tabii ki, birincil yapısal birimler arasındaki bağlantıda Lowenstein kuralına uyulmalıdır: silikon alüminyum iskelet yapısında alüminyum birbirine bitişik olamaz; SAPO-34 gibi fosfat iskelet yapısında alüminyum, iki değerlikli veya üç değerlikli metal atomlarına bitişik olamaz ve fosfor, silikon veya fosfora bağlanamaz.
ikincil yapı birimi
Moleküler eleklerin iskelet yapısı, birincil yapısal birimlerin sonlu veya sonsuz bağlantılarından oluşur. İkincil yapısal birimler gibi sonlu yapısal birimler tipik olarak sabit noktalı oksijen atomlarını paylaşan ve farklı şekillerde bağlanan TO4 tetrahedradan oluşan çok bileşenli halka yapılarını ifade eder. Ortak halka yapıları arasında dört üyeli halkalar, beş üyeli halkalar, altı üyeli halkalar, çift dört üyeli halkalar ve çift altı üyeli halkalar bulunur. Şu anda keşfedilen şey 18 tip ikincil yapısal birimdir. Örneğin, 4-4 ikincil yapı birimi iki dörtlü halkayı, yani çift dörtlü halkayı temsil eder. A tipi moleküler eleklere aşina olduğumuz için SOD kafeslerinin çift dörtlü halkalarla birleştirilmesiyle zeolit moleküler elekler oluşturulur. Elbette zeolit moleküler eleklerin yapısını daha iyi anlayıp açıklayabilmek için bahsettiğimiz SBU teorik anlamda sadece topolojik bir birimdir ve zeolit moleküler eleklerin kristalizasyon sürecinde gerçek bir tür olarak kabul edilemez.
Kafes şekilli yapısal ünite
Moleküler eleklerin iskeletinde, çokyüzlülerini belirleyen çoklu halkalara dayalı olarak tanımlanan karakteristik kafes benzeri bir yapı birimi vardır. Örneğin, tanıdık SOD kafesi, sekiz altıgen halka ve altı dörtlü halkadan oluşur ve genellikle 4668 olarak kısaltılır. Farklı moleküler elek iskeletleri, aynı kafes benzeri yapısal birimleri içerecek, diğer bir deyişle, aynı kafes benzeri yapısal birim, farklı türleri oluşturacaktır. Moleküler elek iskelet yapılarının farklı bağlantı yöntemleriyle incelenmesi. Klasik bir örnek SOD kafesidir.
SOD zeolit moleküler eleği, SOD kafesleri arasındaki eş düzlemli bağlantıyla oluşturulur; SOD kafesleri, LTA tipi moleküler elekler oluşturmak üzere çift dörtlü halkalarla bağlanır; SOD kafesleri, FAU ve EMT zeolit moleküler eleklerini oluşturmak için çift altıgen bir halka ile bağlanır.
Ayrıca zeolit moleküler eleklerin çerçeve yapısında bazı karakteristik zincirler, iki boyutlu üç bağlantılı ağ katmanları ve periyodik yapısal birimler (PBU'lar) sıklıkla bulunur. En yaygın beş zincir benzeri yapı Pentasil zincir, çift zikzak zincir, çift zikzak zincir, çift dingilli zincir ve kısa sütunlu taş zincirdir. Kenarlarla paylaşılan kafeslerden oluşan Pentasil zinciri, yüksek silika zeolit moleküler elek ailesinin karakteristik bir zinciridir. MFI'nin en temsili çerçeve yapısı Pentasil zincirlerinden oluşur. İki boyutlu, birbirine bağlı üç ağ katmanının paralel istiflenmesi, dikey olarak yönlendirilmiş üç bağlantılı köşeyi birbirine bağlayarak üç boyutlu, dört bağlantılı bir iskelet yapısı oluşturur. Örneğin GIS tipi iskelet yapısı, dikey olarak bağlanan 4.82 iki boyutlu ağ katmanı yapısından oluşur.