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논문 상세정보

부분적으로 코발트 이온으로 치환한 제올라이트 A를 진공 탈수한 후 칼륨 증기로 반응시킨 3개의 결정구조

Three Crystal Structures of Dehydrated Partially $Co^{2+}-Exchanged$ Zeolite A Treated with Potassium Vapor

초록

부분적으로 $Co^{2+}$ 이온으로 치환된 제올라이트 A를 진공 탈수한 후 $300^{\circ}C$에서 12시간, 6시간, 2시간 동안 각각 0.6 torr의 K증기로 반응시킨 3개의 구조$(a=12.181(1)\;{\AA},\; a=12.184(1)\;{\AA},\; a=12.215(1)\;{\AA})$$21^{\circ}C$에서 입방공간군 Pm3m를 사용하여 단결정 X-선 회절법으로 해석하고 정밀화한다. K 증기로 반응시킨 3개의 구조는 Full-matrix 최소자승법 정밀화 계산에서 $1>\sigma(I)$인 70, 82, 80개의 독립반사를 각각 사용하여 최종오차인자를 R (weight) = 0.090, 0.091, 0.090까지 각각 정밀화한다. 3개의 구조에서 4개의$Co^{2+}$이온과 4개의 $Na^+$이온모두 K증기에 의해서 환원되어 $Co^{2+}$ 이온과 $Na^+$ 이온은 제올라이트 내에 더 이상 생성되지 않는다. K종류는 5개의 다른 결정학적 자리에 위치하는데 3개의 $K^+$이온은 8-링의 평면에 완전히 채워져 위치하고 약 11.5개의 $K^+$ 이온은 3회 회전축상의 6-링에 위치하고 약 4개는 큰 동공, 4개는 소다라이트 동공, 0.5개는 큰 공동의 4-링과 마주보는 위치에 위치하고 3개의 $K^0$원자는 3회 회전축상의 큰 동공 깊숙이 위치한다. 이들 구조는 제올라이트 A의 소다라이트 동공에서 사면체 $K_4$ (혹은 삼각형 $K_3$) 클라스터를 이루고 있으며 $K_4$ 혹은 $K_3$ 클라스터는 6-링의 3개의 산소와 삼면체로 결합한다. 이들 클라스터의 부분적으로 환원된 이온은 제올라이트 골조 산소와 우선적으로 결합한다. 이들 구조에서 제올라이트 골조의 음전하를 상쇄시키는데 필요한 12개의 $K^+$ 이온보다 많은 단위세포당 14.5개의 K종류가 존재하는데 이들 결과로 $K^0$원자가 흡착되었음을 알 수 있다. 큰 동공 깊숙이 위치한 3개의 $K^0$ 원자는 4개의 큰 동공에 위치한 $K^+$ 이온 중 3개와 결합하여 $K_7^{4+}$클라스터를 형성하며$K_7^{4+}$ 클라스터는 골조산소와 우선적으로 결합한다.

Abstract

Three crystal structures of dehydrated partially $Co^{2+}-exchanged$ zeolite A treated with 0.6 Torr of K at $300^{\circ}C$ (for 12 hrs, 6 hrs, and 2 hrs) vapor have been determined by single-crystal X-ray diffraction techniques in the cubic space group Pm3m at 21(1)$^{\circ}C(a=12.181(1)\;{\AA},\;a=12.184(1)\;{\AA},\;and\;a=12.215(1)\;{\AA})\;respectively)$. Their structures were refined to the final error indices, R(weight) of 0.090 with 10 reflections, 0.091 with 82 reflections, and 0.090 with 80 reflections, respectively, for which $1>\sigma(I)$. In each structure, all four $Co^{2+}$ and four $Na^+$ ions to be reduced by K atoms. The cobalt and sodium atoms produced are no longer found in the zeolite. K species are found at five different crystallographic sites: three $K^+$ ions lie at the planes of 8-rings, filling that position, ca. 11.5 K^+$ ions lie on threefold axes, ca. 4.0 in the large cavity and ca. 4.0 in the sodalite cavity, and ca. 0.5 $K^+$ ion is found near a 4-ring. ca. three $K^0$ atoms are found deep into the large cavity on threefold axes. In these structures, crystallographic results show that cationic tetrahedral $K_4$ (and/or triangular $K_3$) clusters have formed in the sodalites of zeolite A. The $K_4$ and/or $K_3$ clusters coordinate trigonally to three oxygens of a six-oxygen ring. The partially reduced ions of these clusters interact primarily with oxygen atoms of the zeolite structure rather than with each other. ca. 14.5K species are found per unit cell, more than the twelve $K^+$ ions needed to balance the anionic charge of zeolite framework, indicating that sorption of $K^0$ has occurred. The three $K^0$ atoms in the large cavity are closely associated with three out of four $K^+$ ions in the large cavity to form $K_7^{4+}$ clusters. The $K_7^{4+}$ cluster not interacts primarily with framework oxygens.

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