حول الزيوليت الاصطناعي
يمكن استخدام نموذج محاكاة جديد لتجميع الزيوليت الاصطناعي من كتل بناء بسيطة للتنبؤ بهيكل وجدوى أطر الزيوليت الحالية. قد يفسر النموذج سبب وجود جزء فقط من ملايين الزيوليت الافتراضي ويمكن أن يساعد في التنبؤ بأطر جديدة للتوليف في المستقبل.
الزيوليت تستخدم على نطاق واسع كمحفزات وغرابيل جزيئية بفضل بنيتها العادية الصغيرة التي يسهل اختراقها. تتكون معظم الزيوليت من ذرات "T" منسقة رباعي السطوح - عادة ما تكون من السيليكون أو الألومنيوم - يتم جسرها بواسطة ذرات الأكسجين. إنها الطريقة التي يتم بها تجميع كل TO2 في إطار يعطي كل زيوليت خصائصه الخاصة. يصل عدد الأطر المختلفة المصممة إلى الملايين. السؤال الكبير هو لماذا تم تصنيع حوالي 200 فقط من هذه الزيوليت حتى الآن ، مع وجود عدد أقل في طبيعة سجية.
أطر الزيوليت
اقترح فلاديسلاف بلاتوف ، من جامعة ولاية سامارا في روسيا ، وزملاؤه نموذجًا جديدًا للتجميع أطر من نوع الزيوليت لمعالجة هذا اللغز. من بين 2000 زيوليت افتراضي اختبروه حتى الآن ، يتنبأ نموذجهم الجديد بشكل صحيح بـ 189 زيوليتًا صناعيًا قابل للحياة. يشرح قائلاً: "يمكن أن يقيد نهجنا بشكل أساسي البحث عن زيوليت جديدة من الملايين من الفرضيات ، ويمكن أن يلهم تركيبات جديدة باقتراح أطر عمل ممكنة".
كان مفتاح محاكاتهم هو تقسيم الإطار إلى أصغر كتل بناء ممكنة ، وحدات بناء طبيعية (NBUs) ، ثم معرفة كيفية تجميعها معًا وفقًا لقواعد صارمة. "لقد استخدمنا خوارزمية جديدة لتقسيم إطار الزيوليت الاصطناعي إلى وحدات متعددة السطوح ، وهذا ما يسمى نهج التبليط الطبيعي" ، يتابع.
غير مستقر حركيًا
في حين أن تقسيم إطار الزيوليت إلى وحدات بناء متعددة السطوح له تاريخ طويل ، فإن وحدات البناء الوطنية الخاصة بهم فريدة من نوعها لأنها تتوافق مع التجاويف والأقفاص الحقيقية. تم بعد ذلك تجميع جميع أطرها عن طريق لصق وجه واحد أو أكثر من NBU معًا من خلال تفاعل متعدد التكثيف. بهذه الطريقة ، تم تشكيل جسور T – O – T بدون وجود ذرات T مشتركة بين الوحدات. ووجدوا أن معظم الزيوليت المعروف يمكن تقسيمه وفقًا لهذه الحالة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإن الهيكل غير ممكن بطبيعته. ويضيف بلاتوف: "هذه المعايير ليست ديناميكية حرارية (جميع الزيوليت الافتراضي مستقر من حيث الطاقة) ولكنه حركي". "العديد من أطر الزيوليت الافتراضية لا تحدث ليس لأنها غير مستقرة ولكن لأنه لا يمكن تجميعها من وحدات التعبئة."
النتائج التجريبية والنماذج النظرية
يخطط الفريق الآن لدراسة جميع الزيوليت الافتراضي المعروف وترتيبها وفقًا لاحتمالية وجودها. يقول ستيفان بروملي ، من ICREA ، إسبانيا ، إن هذا سيكون اختبارًا حقيقيًا للنموذج في معالجة معضلة الزيوليت ، لا سيما بالنظر إلى أن نسبة الأطر الممكنة عالية جدًا بالفعل من مجموعتها الأولية الصغيرة من الزيوليت الافتراضي. يقول: `` مع المزيد من البحث الموجه لملايين الهياكل الافتراضية المسجلة ، فإن عدد الزيوليت الافتراضي القابل للحياة سيظل يفوق بشكل كبير تلك المعروفة حاليًا ''. يضيف بروملي أن العمل قد يفتح الباب أمام مجموعة من الأبحاث الجديدة في التنبؤ بالبنية ويمكن أن يمتد ليشمل الكاتيونات الأخرى الأكثر تعقيدًا وحتى الأطر غير السيليكاتية.
لكن مايك تريسي من جامعة ولاية أريزونا بالولايات المتحدة يعتقد أنه لا تزال هناك قطع مفقودة في اللغز وأن مرونة الهيكل النهائي بحاجة إلى النظر في تكوين صورة أكثر اكتمالاً. "العلاقة بين NBU والجدوى هي بلا شك حقيقية ، لكنها ليست مثالية" ، كما يقول. يبدو من المحتمل أن تكون وحدات البناء الطبيعية التي تشبه متعدد السطوح مرنة بطبيعتها ، ويمكن ربطها ببعضها البعض بطرق تحافظ على المرونة الكلية.
في الواقع ، فإن تجميع كل المعلومات المستقلة لإكمال فسيفساء ظاهرة نمو البلورات هو أمر يحرص بلاتوف على القيام به. يضيف بلاتوف أن هذه الطريقة الطوبولوجية لتحليل أطر الزيوليت يمكن أن توفر `` جسرًا بين النتائج التجريبية والنماذج النظرية.