科学家们戳穿了沸石理论

英国的理论家研究了铝在一些催化活性沸石物种中的分布，发现了- al - o - al -键的证据可能存在毕竟在一些沸石物种中。¹

由于Löwenstein在1954年首次发表了他关于“铝在硅酸盐和铝酸盐四面体中的分布”的研究，²科学家们普遍认为铝簇不可能存在于沸石结构中。Löwenstein的“铝回避”规则指出，当两个四面体通过氧桥连接时，如果一个四面体的中心被一个铝原子占据，另一个就必须被硅原子占据。因此，Löwenstein的规则禁止- Al - o - Al -键在沸石中发生，并规定沸石中Al:Si的比例必须为1:1。

“在本科化学课程中，你学到的关于这些材料的第一件事是，这些铝键不存在于沸石中，”他说本·斯莱特来自伦敦大学学院。然而，在对一些催化活性沸石体系进行详细的周期密度泛函理论(DFT)计算后，Slater和他的团队观察到Al在热力学上的偏好^{3 +}原子彼此相邻，由羟基桥接，有效地挑战了广泛持有的关于原子如何在沸石材料中排列的假设。

所讨论的沸石SSZ-13在工业上有广泛的应用，可作为将甲醇转化为烯烃和选择性还原氮氧化物的催化剂。Slater的团队研究了含钠和质子化形式的SSZ-13，后者具有催化活性。斯莱特说:“计算的价值在于我们放置了原子，所以我们可以准确地知道它们在空间和材料中的位置。”“当你制造一种化合物时，你不知道原子的确切位置，因此你无法在活性和铝的位置之间做出推断。”

更好的催化剂

目前的表征技术还不能区分硅骨架和铝骨架。斯莱特解释说:“铝与材料的催化活性成分有关，所以如果我们知道活性位点在哪里，我们就能理解为什么这些是有效的催化剂，然后利用这一知识使它们变得更好。”

一般来说，沸石是通过两步工艺合成的，其中铝已经锁定在Löwensteinian配置中。斯莱特说，在这项工作中，他们正在“鼓励实验家思考如何以不同的方式合成沸石，直接制造存在non-Löwenstein键的催化剂的质子化活性形式。”这样一来，这种材料本身就会更加稳定，成为一种更耐用的催化剂，从而延长其使用寿命。”

卡洛•意大利都灵大学的一位材料专家认为，这项工作将在基础和应用领域产生重大影响:“很明显，这项研究将在沸石界引发巨大的争论，开启对一些重要问题的讨论。现有沸石中是否存在迄今未被实验检测到的铝键?我们能否根据拟议的综合措施采取行动，实现这些联系，并相对于标准的孤立铝矿区增加其人口?最后，我们能否设想出精细的特征描述技术，使我们能够辨别这种non-Löwensteinian联系的可能存在?”