Investigación

La simulación molecular de calidad cristalográfica, copartícipe del desarrollo de zeolitas de nueva generación

Un equipo de investigación conformado por trece instituciones, incluida la Universidad Pablo de Olavide, ha logrado desarrollar una zeolita con propiedades estructurales excepcionales, marcando un avance significativo en el campo de los materiales nanoporosos. / Mediante la combinación de diversas técnicas experimentales y teóricas, se ha logrado caracterizar la complejidad de esta nueva zeolita, cuyos resultados han sido publicados en la revista Nature.

Zeolitas BEB, ZEO-3 y ZEO-3. Estas estructuras se presentan siguiendo un proceso de expansión/condensación desarrollado por los autores. En amarillo se marcan las subestructuras que condensan en el mencionado proceso. En la parte de abajo aparece un detalle de estas subestructuras (denomianadas s4r, d4r y t4r).
Zeolitas BEB, ZEO-3 y ZEO-3. Estas estructuras se presentan siguiendo un proceso de expansión/condensación desarrollado por los autores. En amarillo se marcan las subestructuras que condensan en el mencionado proceso. En la parte de abajo aparece un detalle de estas subestructuras (denominadas s4r, d4r y t4r).

Durante décadas, la industria química ha empleado materiales porosos, como las zeolitas, en procesos de separación molecular y catálisis. Estas estructuras con poros y canales de dimensiones moleculares son utilizadas en la petroquímica, la síntesis de plásticos y en las biorrefinerías para obtener productos químicos, incluidos los bio-plásticos. Además, se emplean en procesos de remediación ambiental, como la eliminación de metales y otros contaminantes del agua, la captura de dióxido de carbono y azufre en gases.

La investigación básica y aplicada sobre zeolitas y materiales porosos ha sido muy relevante durante más de medio siglo debido a su impacto en diversas aplicaciones industriales y ambientales.

En un contexto en el que la síntesis de zeolitas ha ido evolucionando para satisfacer la alta demanda social e industrial, los grupos de los profesores Miguel Á. Camblor, en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, del CSIC, y de Jihong Yu, de la Universidad de Jilin, China, han trabajado intensamente a lo largo de los últimos 25 años, dando como resultado una nueva zeolita que, por su alta porosidad iguala o supera a otros materiales cristalinos con los que se había trabajado anteriormente.

Salvador Rodríguez Gómez.
Salvador Rodríguez Gómez.

El salto es tan relevante que el estudio ha sido comunicado al más alto nivel en la prestigiosa revista Nature, que recoge los resultados de un trabajo en el que han participado veintidós autores, entre los que se encuentra el investigador de la Universidad Pablo de Olavide Salvador Rodríguez Gómez (firmado como S. R. G. Balestra) y en el que han participado trece instituciones de China, Estados Unidos y España.

El desarrollo de esta nueva zeolita, bautizada como ZEO-5, contempló tres elementos claves: el diseño conceptual y de síntesis, la caracterización estructural y de estabilidad y la modelización atomística de alta calidad, siendo el profesor Balestra el investigador que ha trabajado en este último aspecto, así como en la interpretación de esos resultados. “De especial relevancia para este trabajo fue la asignación de la banda del espectro de resonancia magnética nuclear, RMN, de alta resolución, ya que sirvió para dilucidar la nueva unidad estructural nunca vista antes en ninguno de los 250 enrejados de zeolitas que se conocen experimentalmente”, explica Salvador Rodríguez Gómez, quien ha desarrollado parte de su trabajo en la Universidad Pablo de Olavide en el Departamento de Sistemas Físicos, Químicos y Naturales y en el grupo de investigación del profesor Said Hamad Gómez.

En opinión del profesor de la UPO Á. Rabdel Ruiz Salvador, experto en modelización atomística de materiales con calidad cristalográfica y con una larga trayectoria en zeolitas y materiales relacionados, “este trabajo no tiene paralelo alguno con estudios previos de modelización estructural de zeolitas”. En el mismo, el Dr. Balestra hace un uso combinado de métodos muy refinados de modelización, en los que emplea cálculos cuánticos para describir las estructuras en sus mínimos de energía, modelizar sus propiedades espectroscópicas y los mecanismos de formación de las nuevas unidades de construcción de esta zeolita.

El profesor de la UPO Said Hamad Gómez destaca la excepcional multidisciplinariedad y calidad del trabajo realizado en el desarrollo de la zeolita ZEO-5. Subraya “la importancia de la integración sin precedentes de enfoques teóricos y experimentales que han permitido obtener una comprensión holística del sistema, revelando aspectos inéditos de la estructura y la funcionalidad de este material avanzado”. La colaboración entre expertos de diversas disciplinas ha sido fundamental para superar los desafíos asociados con la síntesis y caracterización de una zeolita tan compleja y novedosa, lo que refleja un avance significativo en la ciencia de materiales y abre nuevas vías para la exploración de sus aplicaciones catalíticas.

El estudio dirigido por Camblor y Yu demuestra la viabilidad de crear zeolitas innovadoras con unidades estructurales inéditas en el campo de los materiales porosos.

Referencia:

Gao, Z.R., Yu, H., Chen, FJ. et al. “Interchain-expanded extra-large-pore zeolites” Nature 628, 99–103 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07194-6

19 de junio – 20:30 h

Aula de Flamenco de la UPO en La Fundición: 19 de junio -20:30 horas