Investigadores del INMA consiguen localizar e identificar todos los átomos de dos de las zeolitas más importantes para la industria

La estructura interna de ciertos materiales es clave para sus aplicaciones. Es el caso de los recovecos de las zeolitas; su estructura porosa, formada por canales o cavidades, las hace muy útiles para la industria química y la farmacéutica. Pero, al hablar de estructura, también es importante saber dónde están situados cada uno de sus átomos. Un primer paso para controlarlos y poder diseñar nuevos materiales. Localizar e identificar todos los átomos de dos de las zeolitas más importantes a nivel industrial es lo que ha conseguido, haciendo uso de la microscopía más avanzada, el investigador del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, CSIC-Unizar) Álvaro Mayoral.

Los resultados de la investigación, desarrollada junto al profesor Terasaki de la Universidad ShanghaiTech University (China), son tan relevantes que han merecido su publicación en la portada de la prestigiosa revista 'Angewandte Chemie'.

Las zeolitas son indispensables en la producción de gasolina, obtención de plásticos, nailon o incluso para el tratamiento de gases procedentes de los vehículos; ello se debe a que son capaces de transformar materias primas en productos de alto valor añadido, disminuyendo los costes de producción. Además, son el catalizador (elemento que aumenta la velocidad de una reacción química) heterogéneo más importante en el mundo. Todas estas aplicaciones están directamente relacionadas con la estructura de las zeolitas. Por eso es tan importante conocerla a nivel atómico.

Las zeolitas son compuestos inorgánicos, compuestos por silicio, aluminio y oxígeno principalmente. Y para entender las capacidades catalíticas de las zeolitas, se hace imprescindible caracterizar en cada punto concreto tanto los enlaces de oxígeno como los átomos añadidos a la red. Esto haría más fácil el diseño de materiales con funcionalidades mejoradas.

Algo que hace únicas a las zeolitas es que son capaces de acomodar distintos tipos de compuestos dentro de su estructura. Gracias a esta capacidad de confinamiento, además de sus múltiples aplicaciones industriales, son capaces de generar materiales avanzados para dar respuesta a los retos de la sociedad en áreas relacionadas con el medio ambiente, reduciendo la huella de carbono, el uso de fuentes de energía alternativas, el tratamiento de aguas o el reciclaje.

Mediante el uso de técnicas avanzadas de microscopía electrónica de transmisión, el equipo donde se encuentra Álvaro Mayoral ha conseguido estudiar las estructuras de dos de las zeolitas más importantes en la industria (Na-LTA y Fe-MFI) y observar por primera vez la presencia de hierro incorporado a la red, en lugar del silicio. También han observado puentes de oxígeno en ambas estructuras. Los resultados presentados en este trabajo, una colaboración entre el INMA, la Universidad ShanghaiTech (China), el Instituto Max-Planck (Alemania) y la Universidad de Jilin (China), ofrecen claves esenciales para controlar y diseñar los centros químicamente activos a nivel atómico, fundamentales para la generación de nuevos materiales funcionales con propiedades avanzadas.