Embedded Isoreticular Zeolites: Concept and Beyond

Abstract

The recent structure solution, prediction, and the targeted synthesis of RHO family with embedded isoreticular structures shed light onto the rational synthesis of materials with desired properties. The basic building units of RHO zeolite, lta, pau, and d8r cages, were rearranged according to the pattern defined here to design three additional potent embedded isoreticular zeolite families, named PSO, RHO(b), and KFI built upon cubic system. By definition of embedded isoreticular zeolite each higher generation (n) structure must be built upon only the building units of their parent zeolites. Given this structural coding, the structures of the same family must have similar "inorganic gene” revealed through novel strong reflections approach. Strong reflections method utilized amplitude and phase information of a structure from the three-dimensional electron density map to predict higher generation structures or to assess inconsistencies between structures of the same family and qualify as an EIZ structure. Based on strong reflections in the reciprocal space, coupled with statistical assessment of the structural geometry revealed that only KFI family zeolites are feasible EIZ structures. In-depth analysis of the EIZ families demonstrate that structural information of a few family members is sufficient to produce a complete picture of the whole family. Scientific endeavor often relies on blind testings without the necessary fundamentals, and inarguably, zeolite synthesis is yet to overcome such trial-and-error approach. Provided definition, coding principles, and feasibility assessment herein, the work lays the foundation for rational synthesis of zeolites.

최근 합성된 내장형 망상 위상 구조(Embedded isoreticular zeolite structure)를 가진 RHO-family 제올라이트의 구조는 처음으로 설계와 합성 전략을 통해 제올라이트 물질에 특정 성질을 부여할 수 있는 가능성을 보여주었다. 본 연구에서는 RHO family 를 통하여 내장형 망상 위상 구조의 개념을 이해하고 분석 및 정리하여 lta 를 중심으로 결정축을 이루는 기본 구조 단위체(pau와 d8r) 의 배열을 바꾸어 입방 대칭을 가지는 다른 내장형 망상 위상 구조를 탐색하였다. 이로써 PSO, RHO(b), 그리고 KFI families 들이 구축 되었고 이들이 EIZ 의 정의에 적합한지 여부를 strong reflections approach 와 통계적으로 평가하였다. RHO family 에서와 같이 망상 위상 구조들은 모두 비슷한 “무기 유전자” 를 가지고 있으며 이는 3D전자회절을 통해 구조의 강한 진폭과 구조상을 유도한다. 결과적으로 KFI family 제올라이트 구조들은 RHO family 제올라이트와 같이 실존 및 합성이 가능할것으로 판단 하였다. 본 연구를 바탕으로 망상 위상 구조에 해당하는 제올라이트는 한 두가지의 구조 정보로 모든 family 의 구조정보를 유도할 수 있음을 확인하였으며 또한 앞으로 설계 및 합성여부가 기대된다.