Localizaciones atómicas e interacciones de adsorbados de sitios individuales y pares de Al en la zeolita H-ZSM-5

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• La distribución del aluminio en las zeolitas tiene un impacto crítico en su rendimiento catalítico y su selectividad.
• La localización precisa de los átomos de aluminio dentro de los marcos de zeolita ha sido un desafío analítico significativo.

Objetivo del estudio:

• Para determinar con precisión las posiciones de átomos de aluminio individuales y pares de aluminio en la zeolita comercial H-ZSM-5.
• Para correlacionar la ubicación del aluminio con el comportamiento de adsorción molecular.

Principales métodos:

• Difracción suave de rayos X de resonancia sincrotrónica (RSXRD) a múltiples energías cerca del borde Al-K.
• Las técnicas de adsorción molecular, específicamente la desorción dependiente de la temperatura del amoníaco.
• Difracción de polvo de neutrones, espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• Se identificaron tres sitios tetraédricos de aluminio (T): T8, T6 y T4.
• Se observa la adsorción aislada de amoníaco en T8, correspondiente a sitios de aluminio individuales en el canal recto.
• Se encontró adsorción de amoníaco puenteado en T6 y T4, indicativo de pares de aluminio (Al_T6-O-Si_T5-O-Al_T4) en la intersección recto-sinusoidal.

Conclusiones:

• La ubicación precisa de los átomos de aluminio en las zeolitas se puede determinar utilizando una combinación de técnicas avanzadas de caracterización.
• Las configuraciones específicas del sitio de aluminio (parejas de Al vs. Al) dictan los mecanismos de adsorción y las ubicaciones de moléculas como el amoníaco.
• Comprender estas distribuciones de aluminio es clave para optimizar los catalizadores basados en zeolita para aplicaciones específicas.