Szerokie zastosowanie zeolitowych materiałów stanowiących sita molekularne (takie jak separacja adsorpcyjna, wymiana jonowa, kataliza) jest ściśle związane z ich właściwościami strukturalnymi. Na przykład wydajność adsorpcji i separacji zależy od wielkości porów i objętości porów sita molekularnego; Wydajność wymiany jonowej zależy od liczby i położenia kationów na sicie molekularnym, a także przepuszczalności jego kanałów porów; Selektywność kształtu wykazywana podczas procesu katalitycznego jest związana z wielkością porów i orientacją sita molekularnego, natomiast wielkość porów lub struktura klatek produktów pośrednich i końcowych w reakcji katalitycznej jest związana z sitem molekularnym. Dlatego też struktura sit molekularnych jest podstawowym zagadnieniem w badaniu materiałów na sita molekularne.
Jednostka strukturalna
W pierwszej kolejności należy przeprowadzić badania nad najprostszymi podstawowymi jednostkami konstrukcyjnymi. Ogólnie rzecz biorąc, zeolitowe sita molekularne powstają poprzez ułożenie czworościanów przez wspólne wierzchołki, tak więc jeden czworościan jest podstawową jednostką strukturalną (czworościan TO4). Na przykład w przypadku sita molekularnego zeolitu silikalitowego-1 jego podstawową jednostką strukturalną jest czworościan krzemowo-tlenowy ([SiO4] 0), a ta czworościenna jednostka strukturalna wykazuje obojętność elektryczną. Te czworościany krzemowo-tlenowe są połączone wspólnymi atomami tlenu, tworząc zeolitowe sito molekularne o strukturze MFI. Podczas syntezy w jego porach obecne są środki matrycowe i zaadsorbowana woda. Oczywiście, gdy w układzie syntezy występuje aluminium, istnieją dwa rodzaje czworościanów: czworościany krzemowo-tlenowe ([SiO4] 0) i tetraedry tlenowo-glinowy ([AlO4] -), a czworościany tlenowo-glinowy mają ujemną wartość opłata. Łącząc i syntetyzując sita molekularne o strukturze MFI z krzemu i aluminium, struktura ta sama w sobie niesie pewien ładunek ujemny, dlatego musi być zrównoważona dodatkowymi kationami, aby ostatecznie była obojętna elektrycznie jako całość. A sito molekularne fosforowo-aluminiowe składa się ściśle z naprzemiennych czworościanów tlenu fosforu ([PO4]+) i czworościanów tlenu glinu ([AlO4] -), z elektrycznie obojętnym szkieletem. Oczywiście przy łączeniu głównych jednostek konstrukcyjnych należy przestrzegać zasady Lowensteina: w konstrukcji szkieletowej z krzemowo-aluminiowego aluminium nie może przylegać do siebie; W strukturze szkieletu fosforanowego, takiego jak SAPO-34, glin nie może sąsiadować z atomami metali dwuwartościowych ani trójwartościowych, a fosfor nie może być połączony z krzemem lub fosforem.
drugorzędna jednostka budynku
Szkieletową strukturę sit molekularnych tworzą skończone lub nieskończone połączenia pierwotnych jednostek strukturalnych. Skończone jednostki strukturalne, takie jak drugorzędne jednostki strukturalne, zwykle odnoszą się do wieloskładnikowych struktur pierścieniowych złożonych z czworościanów TO4, które mają wspólne atomy tlenu w stałym punkcie i są połączone na różne sposoby. Typowe struktury pierścieniowe obejmują pierścienie czteroczłonowe, pierścienie pięcioczłonowe, pierścienie sześcioczłonowe, pierścienie podwójne czteroczłonowe i pierścienie podwójne sześcioczłonowe. Obecnie odkryto 18 typów drugorzędnych jednostek strukturalnych. Na przykład drugorzędna jednostka strukturalna 4-4 reprezentuje dwa pierścienie czwartorzędowe, a mianowicie podwójne pierścienie czwartorzędowe. Jak wiadomo, sita molekularne typu A powstają poprzez połączenie klatek SOD z podwójnymi pierścieniami czwartorzędowymi, tworząc zeolitowe sita molekularne. Oczywiście SBU, o którym mówimy, jest jedynie jednostką topologiczną w sensie teoretycznym, aby lepiej zrozumieć i wyjaśnić strukturę sit molekularnych zeolitu i nie może być uważana za rzeczywistą postać w procesie krystalizacji sit molekularnych zeolitu.
Jednostka konstrukcyjna w kształcie klatki
W szkielecie sit molekularnych występuje charakterystyczna jednostka strukturalna przypominająca klatkę, opisana na podstawie wielu pierścieni określających ich wielościany. Na przykład znana klatka SOD składa się z ośmiu pierścieni sześciokątnych i sześciu pierścieni czwartorzędowych, powszechnie określanych w skrócie 4668. Różne szkielety sit molekularnych będą zawierać tę samą klatkę, podobnie jak jednostki strukturalne, innymi słowy, ta sama klatka, podobnie jak jednostka strukturalna, będzie tworzyć różne typy struktur szkieletu sit molekularnych za pomocą różnych metod łączenia. Klasycznym przykładem jest klatka SOD.
Zeolitowe sito molekularne SOD utworzone jest przez współpłaszczyznowe połączenie klatek SOD; Klatki SOD są połączone podwójnymi czwartorzędowymi pierścieniami, tworząc sita molekularne typu LTA; Klatki SOD są połączone podwójnym sześciokątnym pierścieniem, tworząc zeolitowe sita molekularne FAU i EMT.
Ponadto w strukturze szkieletowej zeolitowych sit molekularnych często występują charakterystyczne łańcuchy, dwuwymiarowe trzy połączone warstwy sieciowe oraz okresowe jednostki strukturalne (PBU). Pięć najpopularniejszych konstrukcji łańcuchowych to łańcuch Pentasil, podwójny łańcuch zygzakowaty, podwójny łańcuch zygzakowaty, łańcuch z podwójną osią i krótki łańcuch kamienny z kolumną. Łańcuch Pentasil złożony z klatek wspólnych krawędzi jest charakterystycznym łańcuchem rodziny sit molekularnych zeolitów o wysokiej zawartości krzemionki. Najbardziej reprezentatywną strukturę ramową MIF tworzą łańcuchy Pentasil. Równoległe ułożenie dwuwymiarowych, trzech połączonych warstw sieci tworzy trójwymiarową, czteropołączoną strukturę szkieletową poprzez połączenie trzech połączonych wierzchołków zorientowanych pionowo. Na przykład struktura szkieletowa typu GIS składa się z dwuwymiarowej struktury warstwowej sieci 4,82 połączonej pionowo.