ゼオライト微結晶のコアシェルひずみ構造

ゼオライトは、0.3-1.5-nm幅の細孔のネットワークを特徴とする結晶性アルミノケイ酸塩鉱物であり、炭化水素相互変換、イオン交換器、分子ふるい、吸着剤の触媒として産業で使用されています。改善されたアプリケーションの場合、ゼオライト内のゲ​​スト分子の吸着と拡散の速度に敏感に影響するため、内部局所株の分布を研究することは非常に有用です。ここでは、有限要素によってサポートされる不均一なコアシェル構造から生じる結晶内の株の存在を示す、コヒーレントX線回折イメージングによるZSM-5ゼオライトの異常な三角形変形場分布の観察を報告します。モデルの計算と蛍光測定によって確認されます。シェルは、固有の負の熱膨張を備えたH-ZSM-5で構成されていますが、コアは有機テンプレート残基の存在により異なる熱膨張挙動を示します。そのようなひずみ効果をエンジニアリングすると、将来の触媒の設計に大きな影響を与える可能性があります。

Zeolites are crystalline aluminosilicate minerals featuring a network of 0.3-1.5-nm-wide pores, used in industry as catalysts for hydrocarbon interconversion, ion exchangers, molecular sieves and adsorbents. For improved applications, it is highly useful to study the distribution of internal local strains because they sensitively affect the rates of adsorption and diffusion of guest molecules within zeolites. Here, we report the observation of an unusual triangular deformation field distribution in ZSM-5 zeolites by coherent X-ray diffraction imaging, showing the presence of a strain within the crystal arising from the heterogeneous core-shell structure, which is supported by finite element model calculation and confirmed by fluorescence measurement. The shell is composed of H-ZSM-5 with intrinsic negative thermal expansion whereas the core exhibits a different thermal expansion behaviour due to the presence of organic template residues, which usually remain when the starting materials are insufficiently calcined. Engineering such strain effects could have a major impact on the design of future catalysts.