утності лугу і четвертинного аміну (темплатів). В якості джерел атомів кремнію найчастіше використовують кремнійорганічні сполуки, піддаються гідролізу, силікат натрію або силікагель з великою площею поверхні ( gt; 200 м 2 г - 1), в якості джерел іонів М 3 + - солі (сульфати, нітрати, хлориди) або алкоксиди (ізопропілата, бутилат) цих металів, а в якості темплатів - первинні, вторинні, третинні і четвертинні аміни, спирти і деякі ефіри.
Схеми синтезу цеолітів різного складу та структури фактично однакові. Гелі, що містять сполуки кремнію і алюмінію, состаривают протягом тривалого часу при температурі нижче температури кристалізації (нерідко в гідротермальних умовах) у присутності тим платов. Цей час необхідний для формування цеоліту з необхідною структурою і високим виходом. Умови зістарювання і природа темплатів мають вирішальний вплив на структуру цеолітів. Присутність молекул темплату підвищує кристалличность алюмосиликатного каркаса і впливає на його структуру. Цеоліт деяких структурних типів можуть формуватися і без використання темплату. Структурний тип одержуваного цеоліту залежить також від природи і концентрації джерела трехзарядного металу.
У цеолітах негативний заряд матриці компенсується іонами лужних металів, амонію та/або алкіламмонія (залежно від використаних в ході синтезу реактивів). Катіони металів, як правило, видаляють промиванням або іонним обміном на NH 4 +, так як присутність катіонів металів знижує термічну стабільність одержуваних матриць. Для видалення темплату готові цеоліти отжигают в струмі кисню при 500 - 550 ° С, переводячи їх у так звану Н-форму. Контроль співвідношення Si: А1 в цеолітах здійснюють стандартними методами кількісного аналізу.
Цеоліт і подібні їм пористі матеріали використовують як ионообменников, селективних адсорбентів, каталізаторів і носіїв для каталізаторів. Перспективною областю застосування цеолітів є отримання на їх основі нанокомпозиційних матеріалів для подальшого використання в каталізі (ізомеризація ароматичних вуглеводнів, переробка газів NO і NO 2), тому не дивно, що найбільше число робіт у цій області пов'язано з отриманням наночастинок металів 8-11 груп Періодичної системи. В якості матриць найчастіше використовують цеоліти типів FAU, LTA, SOD і MF1 внаслідок їх доступності та простоти синтезу. Слід зазначити, що ці матриці мають ряд унікальних властивостей, важливих для спрямованого синтезу наноматеріалів. Їх структура стійка в дуже широкому діапазоні температур. Кількість катіонів в порах, яке визначається співвідношенням А1: Si, легко піддається контролю при синтезі, що дозволяє варіювати концентрацію реакційних центрів в матриці.
У силу відкритої пористості цеолітів і високої швидкості дифузії газів у порах хімічні реакції за участю інтеркальованих катіонів можна проводити при підвищених температурах (наприклад, відновлення воднем, необхідне для отримання магнітних нанокомпозитів) практично без руйнування матриці, що обмежує реакційну зону. Зазначені властивості відкривають широкі можливості хімічного дизайну нанокомпозитних матеріалів на основі цеолітів.
Найбільшого поширення набули наноматеріали на основі цеоліту Y (тип FAU). Структура Y-цеоліту складається з вторинних складальних вузлів 6-6 (гексагональна призма), 6-2 (шестикутник і квадрат із загальним ребром), 6 (шестикутник) і 4 (квадрат) (рис. 1).
Рисунок 1 - Структура цеоліту Y
Основним мотивом структури цеолітів FAU є усічений кубом октаедр - содалітовая осередок чи мала р-порожнину з внутрішнім діаметром 0.66 нм, що складається з чотиричленний (вільний діаметр менше 0.1 нм) і шестичленних кілець (діаметр ~ 0.22 нм) з Т-атомів. У вершинах багатогранника розташовані 24 атома Т, а атоми кисню знаходяться між ними. При з'єднанні таких багатогранників через гексагональні призми (діаметр порожнини 0.36 нм) з Т-атомів утворюється структура цеолітів (X і Y). Для них характерна кубічна сингония з параметрами решітки а=24.345 А (рис.2).
Малюнок 2 - Усереднене зображення кристала NaY вздовж напрямку [110], отримане за допомогою просвічує електронної мікроскопії (ПЕМ)
У структурі є різні типи порожнин: а-порожнину (а-cage, supercage) - найбільша порожнину (діаметр 1.2 нм), що знаходиться в оточенні 8 усічених октаедрів; р-порожнину (p-cage, sodalite cage) - порожнина, обмежена усіченим октаедром; у-порожнина - гексагональна призма (див. рис. 1).
Основним методом отримання нанокомпозитних матеріалів на основі цеолітів є обмін катіонів Na +, Н і NHJ, що входять до складу цеолітів, на катіони інших металів у водних розчинах з подальшим відновленням металу воднем. Отримання медьсодержащего цеоліту іонним обміном нітрату міді з NaY-цеолітом або відпалом суміші NaY-цеоліту з хлоридом міді п...
