フレームワークトポロジ、化学組成、およびアルミニウム分布の包括的な範囲を持つアルミノケイ酸塩ゼオライトのエネルギー分析

ゼオライトフレームワークのALの内容と位置は、ゼオライトの物理化学的特性を決定する重要な要因の1つです。さまざまなフレームワークトポロジ、幅広いSI/AL比、およびALのさまざまな場所を備えたゼオライトの特性の体系的な評価は非常に重要ですが、ゼオライトのAL含有量の実現可能な範囲の制限のために非常に挑戦的ですまた、現在の分析手法から得られたALの場所に関する限られた情報。ここでは、分子力学を使用して異なるSI/AL比で209の既存のフレームワークトポロジを使用して、アルミノケイ酸塩ゼオライトのエネルギー論の体系的な分析を報告します。43000を超える初期構造が生成され、ゼオライトのエネルギーの包括的なビューを提供しました。結果は、実験的に得られた構造知識とよく一致します。相対フレームワークのエネルギーとAl含有量との関係は、トポロジーに従って異なることが明らかになり、ゼオライトの相対的な安定性はトポロジーだけでなく、Alの置換内容にも依存することを示唆しています。さらに、同じAL含有量を持つ特定のトポロジの場合、ALのランダム分布と特定の分布の比較は、特定のTサイトでALを持つゼオライトがランダム分布を持つものよりもエネルギー的に安定していることを示し、ALの場所に固有の影響を示唆しています。ゼオライトのALの内容と位置には、化学組成の範囲、AL分布、およびその結果、実現可能なアルミノシリケートゼオライトの物理化学的特性を反映する可能性のある特定の好みがおそらくあります。

The contents and locations of Al in the zeolite frameworks are one of the key factors determining the physicochemical properties of zeolites. Systematic evaluation of the characteristics of zeolites with a wide variety of framework topologies, a wide range of Si/Al ratios, and various locations of Al is of great significance, but very challenging due to the limitation of the realizable ranges of Al contents in zeolites as well as the limited information on the Al locations obtained from the current analytical techniques. Here, we report the systematic analysis of the energetics of aluminosilicate zeolites with 209 existing framework topologies at different Si/Al ratios using molecular mechanics. More than 43 000 initial structures were generated to give comprehensive views of the energetics of zeolites. The results coincide well with the structural knowledge obtained experimentally. It was revealed that the relation between the relative framework energies versus the Al contents varies in accordance with the topologies, suggesting that the relative stability of zeolites depends not only on the topologies, but also on the substituting contents of Al. For particular topologies with the same Al contents, in addition, comparisons between random and specific distributions of Al showed that zeolite with Al at a particular T site is energetically more stable than those with random distributions, suggesting the inherent influences of the Al locations. The contents and locations of Al in zeolites likely have a certain preference that may reflect the range of chemical compositions, the Al distributions, and consequently the physicochemical properties of realizable aluminosilicate zeolites.