Новости химической науки > База данных для изучения свойств цеолитов

Кто-то собирает марки, кто-то старые открытки или монеты, однако, если практическую пользу от коллекций, очень мало из них смогут состязаться с коллекцией Майкла Дима (Michael Deem) из Университета Райса, в которой содержится 2,6 миллионов смоделированных с помощью компьютеров цеолитоподобных материалов.

К цеолитам относят неорганические материалы с большой площадью внутренней поверхности; цеолиты могут работать как молекулярные сита, что активно применяется для очистки исходных реагентов или продуктов в различных областях химии – от нефтехимии до фармацевтики, а также для катализа химических реакций.

В настоящее время известно около 50 цеолитов природного происхождения и втрое больше синтетических цеолитоподобных материалов. Созданная Димом база данных учитывает все возможные структуры, что позволит получить еще большее количество синтетических цеолитов.

База данных цеолитов может оказаться полезной для решения многих задач. (Рисунок: © Kelly Harvey)

Дим отмечает, что существует ряд каталитических процессов, для которых в качестве катализатора может выступать одна единственная цеолитная структура. Таким образом, получение новых синтетических цеолитоподобных материалов может оказаться полезным для увеличения их производительности в уже известных процессах, разработки новых процессов, а также для поиска ответов на ряд фундаментальных научных вопросов.

Практическая польза цеолитов определяется расположением атомов на внутренней поверхности полости. Строение кристаллической решетки цеолита может стимулировать химические вещества взаимодействовать строго определенным способом, при этом самые незначительные изменения строения решетки приводят к понижению каталитической активности цеолитного материала. Дим разработал базу данных, чтобы выяснить, существование какого количества цеолитоподобных материалов физически возможно, при этом он подчеркивает, что ряд исследователей уже использует информацию из его базы данных для выяснения строения цеолитов, способных к селективному поглощению CO₂ или обладающих другими практически полезными свойствами.

Дим подчёркивает, что компьютерное моделирование может стимулировать синтез новых цеолитоподобных материалов, именно поэтому исследователи из его группы использовали компьютерные мощности четырех с половиной тысяч компьютеров для определения возможных структур цеолитов и сравнительного определения их физических свойств. Анализ физических свойств позволил сократить предварительно составленный список из 3,4 миллионов структур до 2,6 миллионов – «отбракованные» с помощью расчетов структуры отличались низкой стабильностью, которая, не позволила бы их синтезировать.

Для каждой из 2,6 миллионов структур, оставшихся в базе данных, исследователи рассчитали физические и химические характеристики – особенности дифракционной картины материала в рентгеновских лучах, морфологию внутренней поверхности и константы диэлектрической проницаемости – все эти данные помогут исследователям в поиске строго определенных форм цеолитов для решения определенных практических задач.

Источник: Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, DOI: 10.1039/C0CP02255A

метки статьи: #квантовая химия, #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #химическая технология, #химия поверхности