Tworzenie katalizatorów wielkoporowych
Ze szkolnych lekcji chemii czy nawet ze zwykłego gotowania w kuchni wiemy, że podgrzewanie i mieszanie to skuteczne metody przyspieszania przebiegu wielu reakcji. Zwiększenie intensywności reakcji w stopniu pozwalającym wytwarzać związki na skalę przemysłową zwykle wymaga jednak stosowania katalizatorów. W syntezie chemicznej, a szczególnie petrochemicznej, coraz częściej wprowadza się przyjazne dla środowiska materiały mikroporowate na bazie zeolitów, zastępując bardziej szkodliwe katalizatory. Synteza takich materiałów zwykle wymaga kontrolowania krystalizacji poprzez dodawanie środków sterujących strukturą (SDA). Przetwarzanie chemiczne substratów o dużych cząsteczkach często spotykanych w produkcji czystych chemikaliów i branży farmaceutycznej wymaga stosowania katalizatorów o wyjątkowo dużych porach, jednak zwiększanie średnicy porów materiałów zeolitowych jest zadaniem trudnym. Znalezieniem odpowiedniego rozwiązania zajęli się naukowcy pracujący nad finansowanym ze środków UE projektem NEWSDASFORALPOS (Use of newly designed organic molecules as large and efficient structure directing agents for the synthesis of microporous aluminophosphates). Najpoważniejszym problemem jest tu uzyskanie większych porów z użyciem środków SDA o większych cząsteczkach, ponieważ efektywność sterowania formowaniem struktur przez środki SDA maleje przy większych rozmiarach cząsteczek. Połączono dwa ważne kierunki badań: mikroporowate fosforany glinu (AIPO) będące obiecującą alternatywą dla zeolitów ze względu na swoją hydrofilowość oraz wykorzystanie technik chemii supramolekularnej do promowania samoorganizacji dużych, hydrofilowych środków SDA. Interakcje hydrofilowe między środkami SDA a związkami AIPO mogą zwiększać efektywność sterowania powstawaniem struktur. Hydrofilowe środki SDA mogą też wchodzić w interakcje z samymi cząsteczkami wody, tworząc agregaty pozwalające uzyskiwać jeszcze większe pory. Badacze skoncentrowali się zatem na tworzeniu hydrofilowych środków SDA o dużych cząsteczkach specjalnie do struktur z udziałem AIPO. Aminy aromatyczne mogą ulegać samoorganizacji w wielocząsteczkowe agregaty poprzez interakcje międzycząsteczkowe pomiędzy pierścieniami, co może być sposobem na zwiększanie cząsteczek SDA. Zsyntetyzowano i przetestowano kilka cząsteczek SDA, uzyskując z ich wykorzystaniem różnorodne struktury szkieletowe. Po raz pierwszy udało się zaobserwować szkielet oparty na bardzo silnych, samoorganizujących się strukturach supramolekularnych. Naukowcy zidentyfikowali szereg czynników chemicznych wpływających na supramolekularne właściwości chemiczne amin aromatycznych i szczegółowo opisali wpływ tych właściwości na sposób kontrolowania struktur przez uzyskiwane z takich amin środki SDA. Wysiłku projektu NEWSDASFORALPOS otworzyły drogę do racjonalnego projektowania nowych, wydajnych, samoorganizujących się środków SDA dla potrzeb katalizatorów AIPO, co może przyspieszyć stworzenie odpowiednich substancji.
Słowa kluczowe
Katalizatory, mikroporowate, zeolit, środki sterujące strukturą, mikroporowate fosforany glinu
