Hydrophobic MFI‐Type Zeolites via Alkali‐Cation‐Induced Defect Healing: Implications for Adsorbent and Catalyst Design
Abstract
ABSTRACT Here, we demonstrate that sub‐stoichiometric amounts of alkali cations (Na + and K + ) critically govern defect formation during the synthesis of Silicalite‐1 (MFI), enabling precise control over framework integrity and surface properties after calcination. Combining systematic synthesis studies with density functional theory (DFT) calculations and high‐resolution microscopy, we reveal a defect‐healing mechanism in which in situ generated NaOH or KOH species promote Si–O–Si bond rearrangement and enhance the mobility of Si(OH) 4 units. This process facilitates the effective healing of T‐site vacancies, yielding highly ordered, defect‐free MFI frameworks. The resulting Silicalite‐1 exhibits markedly enhanced hydrophobicity and superior selectivity in butanol/water separation, underscoring the decisive role of defect control in modulating adsorption and interfacial properties. Importantly, these insights are successfully extended to the synthesis of defect‐free TS‐1, affording highly hydrophobic Lewis acid catalysts with improved activity and selectivity in the epoxidation of 1‐hexene. This environmentally friendly, straightforward, scalable approach offers a versatile pathway to produce defect‐free zeolites with precisely tuned physicochemical properties, enabling the development of advanced catalytic and separation materials, especially for applications involving water or polar compounds.
Article Details
Authors (15)
Christos Kanteler
Instituto de Tecnología Química Consejo Superior de Investigaciones Científicas Universitat Politècnica de València València Spain
Pau Ferri
Instituto de Tecnología Química Consejo Superior de Investigaciones Científicas Universitat Politècnica de València València Spain
Francisco Javier Escobar‐Bedia
Instituto de Tecnología Química Consejo Superior de Investigaciones Científicas Universitat Politècnica de València València Spain
Alvaro Mayoral
Centre for High-Resolution Electron Microscopy (CℏEM), School of Physical Science and Technology and Shanghai Key Laboratory of High-Resolution Electron Microscopy
Alejandro Vidal‐Moya
Instituto de Tecnología Química Consejo Superior de Investigaciones Científicas Universitat Politècnica de València València Spain
Richard Kendra
Department of Physical and Macromolecular Chemistry Charles University Prague Czech Republic
Chen Lei
Miguel Palomino
Instituto de Tecnología Química Consejo Superior de Investigaciones Científicas Universitat Politècnica de València València Spain
Fernando Rey
Instituto de Tecnología Química Consejo Superior de Investigaciones Científicas Universitat Politècnica de València València Spain
Lukáš Grajciar
Department of Physical and Macromolecular Chemistry Charles University Prague Czech Republic
Christopher James Heard
Department of Physical and Macromolecular Chemistry Charles University Prague Czech Republic
Pedro Serna
Instituto de Tecnología Química, Universitat Politècnica de València-Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Avenida de los Naranjos s/n, València 46022, Spain
Mercedes Boronat
Instituto de Tecnología Química, Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universitat Politècnica de València, Avenida de los Naranjos s/n, València 46022, Spain
Cristina Martínez
Instituto de Tecnología Química, Universitat Politècnica de València-Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Avenida de los Naranjos s/n, València 46022, Spain
Manuel Moliner
Instituto de Tecnología Química, Universitat Politècnica de València-Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Avenida de los Naranjos s/n, València 46022, Spain