Indagini Strutturali della Flessibilità dell'Offretite: Ruolo dei Cationi in Zeoliti Sintetiche OSDA-Free

Le zeoliti, per definizione materiali cristallini microporosi, sono una classe di materiali ampiamente impiegati nella catalisi, nell’adsorbimento e nella separazione molecolare che devono le loro prestazioni alla struttura aperta del framework e alle loro proprietà funzionali intrinseche. Grande attenzione negli ultimi anni è stata posta sul tema della flessibilità strutturale del framework zeolitico per applicazioni quali la separazione di piccole molecole di gas (window flexibility). La presente tesi ha l’obiettivo primario di indagare in modo approfondito i meccanismi strutturali che regolano tale flessibilità nella zeolite offretite (topologia OFF). In particolare, la ricerca si è concentrata sul ruolo dei cationi extra-framework (K, Na e Cs) all’interno della struttura. A questo scopo, sono state determinate le strutture di materiali sintetizzati ad hoc con una metodologia OSDA-free, quindi senza l’uso di templanti organici. Il lavoro ha previsto la sintesi idrotermale di un campione di offretite contenente potassio, sodio e cesio, che è stato successivamente scambiato con K, Na e Cs per ottenere tre campioni monocationici (K-OFF, Na-OFF e Cs-OFF). Tali campioni sono poi stati studiati sia in forma idrata che attivata (anidra). Le indagini strutturali, condotte tramite diffrazione a raggi X da polveri con metodo Rietveld su campioni a temperatura ambiente e trattati termicamente (come nel caso della rampa in temperatura del campione Cs-OFF-attivato), hanno costituito il nucleo della parte sperimentale. Le analisi effettuate hanno permesso di determinare con precisione i parametri e il volume della cella, la dimensione dei canali e delle finestre del framework e infine, la disposizione cationica all’interno dell’impalcatura. I risultati hanno rivelato che la sostituzione cationica ha innescato una rimodulazione del framework. In particolare, è stato osservato che i cationi hanno indotto distorsioni locali misurabili, che hanno alterato la dimensione di canali e finestre. Questa interazione diretta catione-framework è emersa come meccanismo chiave che caratterizza la flessibilità strutturale di questi materiali. In conclusione, questo studio ha confermato che il controllo del catione extra-framework rappresenta un parametro fondamentale ed efficace per la sintonizzazione delle proprietà funzionali dell’offretite. La comprensione di questa relazione apre la porta alla progettazione di zeoliti con caratteristiche prestazionali ottimizzate per applicazioni avanzate in ambito tecnologico.