ゼオライトモレキュラーシーブ材料の幅広い用途（吸着分離、イオン交換、触媒作用など）は、その構造特性と密接に関連しています。たとえば、吸着と分離の性能はモレキュラーシーブの細孔のサイズと細孔容積に依存します。イオン交換性能は、モレキュラーシーブ内のカチオンの数と位置、および細孔チャネルの通過性に依存します。触媒プロセス中に示される形状選択性はモレキュラーシーブの細孔サイズと配向に関連し、触媒反応における中間生成物および最終生成物の細孔サイズまたはかご構造はモレキュラーシーブに関連します。したがって、モレキュラーシーブの構造は、モレキュラーシーブ材料を研究する際の基本的な問題です。
構造単位
まず、最も単純な基本構造単位を研究します。一般に、ゼオライトモレキュラーシーブは、頂点を共有して四面体を積み重ねることによって形成されるため、1 つの四面体が主構造単位 (TO4 四面体) になります。例えば、シリカライト-1ゼオライトモレキュラーシーブの場合、その主構造単位はケイ素酸素四面体([SiO4]0)であり、この四面体構造単位は電気的中性を示します。これらのケイ素酸素四面体は共有酸素原子によって結合され、MFI 構造を持つゼオライト モレキュラー シーブを形成します。合成中、その細孔内にはテンプレート剤と吸着水が存在します。もちろん、合成系にアルミニウムが存在する場合、四面体にはシリコン酸素四面体 ([SiO4] 0) とアルミニウム酸素四面体 ([AlO4] -) の 2 種類があり、アルミニウム酸素四面体は負の値を持ちます。充電。シリコンとアルミニウムのMFI構造を持つモレキュラーシーブを組み立てて合成すると、この構造自体が一定のマイナス電荷を帯びるため、全体として最終的に電気的に中性になるように追加のカチオンによってバランスをとる必要があります。そして、リンアルミニウムモレキュラーシーブは厳密に交互のリン酸素四面体（[PO4]+）とアルミニウム酸素四面体（[AlO4]-）で構成されており、電気的に中性の骨格を持っています。もちろん、一次構造単位間の接続においては、ローウェンシュタインの法則に従わなければなりません。シリコンアルミニウム骨格構造では、アルミニウムは互いに隣接することはできません。 SAPO-34 などのリン酸塩骨格構造では、アルミニウムは 2 価または 3 価の金属原子に隣接することができず、リンはシリコンまたはリンに結合できません。
二次建物ユニット
モレキュラーシーブの骨格構造は、一次構造単位の有限または無限の結合によって形成されます。二次構造単位などの有限構造単位は、通常、固定点酸素原子を共有し、さまざまな方法で接続された TO4 四面体で構成される多成分環構造を指します。一般的な環構造には、4 員環、5 員環、6 員環、二重 4 員環、および二重 6 員環が含まれます。現在判明している二次構造単位は18種類。たとえば、4-4 二次構造単位は 2 つの四級環、つまり二重四級環を表します。私たちがよく知っているように、A タイプ モレキュラー シーブは、SOD ケージを二重の四級環で接続してゼオライト モレキュラー シーブを形成することによって形成されます。もちろん、私たちが言及する SBU は、ゼオライト モレキュラー シーブの構造をよりよく理解して説明するための理論的な意味でのトポロジー単位にすぎず、ゼオライト モレキュラー シーブの結晶化プロセスにおける実際の種として考慮することはできません。
籠型構造単位
モレキュラーシーブの骨格には特徴的な籠のような構造単位があり、それは多面体を決定する複数の環に基づいて記述されます。たとえば、よく知られている SOD ケージは、8 つの六角形の環と 6 つの四次環で構成されており、一般に 4668 と略されます。異なるモレキュラー シーブの骨格には、同じかご状の構造単位が含まれます。言い換えれば、同じかご状の構造単位が異なるタイプを形成します。さまざまな接続方法によるモレキュラーシーブ骨格構造の変化。典型的な例は SOD ケージです。
SOD ゼオライトモレキュラーシーブは、SOD ケージ間の同一平面上の接続によって形成されます。 SOD ケージは二重の四級環によって接続され、LTA 型モレキュラーシーブを形成します。 SOD ケージは二重六角形リングによって接続され、FAU および EMT ゼオライト モレキュラー シーブを形成します。
さらに、ゼオライト モレキュラー シーブの骨格構造には、いくつかの特徴的な鎖、二次元の 3 つの接続されたネットワーク層、および周期構造単位 (PBU) がよく見られます。最も一般的なチェーンのような構造は、ペンタシル チェーン、ダブル ジグザグ チェーン、ダブル ジグザグ チェーン、ダブル アクスル チェーン、ショート コラム ストーン チェーンの 5 つです。エッジが共有するケージで構成されるペンタシル チェーンは、高シリカ ゼオライト モレキュラー シーブ ファミリーの特徴的なチェーンです。 MFI の最も代表的なフレームワーク構造は Pentasil チェーンから構成されます。 ２次元の３連結ネットワーク層を平行に積層すると、垂直方向に連結した３つの頂点が相互連結することにより、３次元の４連結スケルトン構造が形成される。例えば、GIS 型のスケルトン構造は、4.82 の 2 次元ネットワーク層構造が垂直に接続されて構成されます。