Zeolity jsou složité hlinitoktřemičitany s třírozměrnou krystalovou mřížkou tvořící systém kanálů nebo dutin s póry velikostí odpovídají menším molekulám. Různé uspořádání SiO4 tetraedrů pak poskytuje celou řadu různých velikostí a uspořádáním kanálů nebo propojených dutin. Protože jsou zeolity hlinitokřemičitany, část tetraedrů ve struktuře zeolitu představují AlO4– tetraedry, které mají negativní náboj. Ten je kompenzován pozitivním nábojem kationtu umístěným mimo krystalovou mřížku zeolitu, který pak hraje roli katalytického centra. Díky těmto vlastnostem se staly zeolity v současnosti nejpočetnější a nejdůležitější skupinu heterogenních katalyzátorů používaných v chemickém průmyslu (zpracování ropy, petrochemie, příprava základních surovin pro chemickou výrobu, eliminace oxidů dusíku).
V případě katalyzátorů pro redoxní reakce představují v zeolitech aktivní centra kationty přechodových kovů, mj. i kationty zinku. V jejich případě se zatím plně nepodařilo objasnit, v jaké formě a kde se v zeolitu kationty zinku nacházejí. V případě atomárně dispergovaných iontů je v případě křemíkem bohatých zeolitů (jen ty jsou dostatečně stabilní a lze používat pro katalytické účely) jejich obsah malý a pro studium lokace kationtů nejde použít tradiční metody založené na rentgenové difrakci.
Našemu týmu se podařilo vyvinout dvě metody, umožňující charakterizovat lokalizaci zinečnatých kationtů v kanálovém systému zeolitu, jejich lokální uspořádání na atomární úrovni a koncentraci kationtů v jednotlivých polohách. Jedna metoda je založena na deformaci zeolitického kruhu tvořícího kationtovou polohu stabilizující zinečnatý kationt. Deformace vede ke vzniku nových vibrací zeolitové mřížky, které lze pozorovat pomocí infračervené spektroskopie. Druhá metoda využívá luminescence zinečnatých kationtů. Vlnová délka (barva) světla vyzářeného kationtem po jeho excitaci pomocí laseru závisí na síle interakce kationtu se strukturou (kruhem) v které je stabilizován. Doba života excitovaného stavu zinečnatých kationtů, měřená pomocí laserového kinetického spektrometru navíc umožňuje analyzovat interakci kationtů s různými molekulami. Vyvinuté metody tak představují důležitý nástroj pro výzkum reaktivity zinek obsahujících zeolitů a tím pádem pro vývoj nových, účinných katalyzátorů na jejich základě. Zn2+ cationic centers in zeolites. Laser induced emission spectroscopy study of Zn-ferrierite
J. Olszowka, M. Lemishka, K. Mlekodaj, P. Kubat, D. Rutkowska-Żbik,J. Dedecek, E. Tabor, J. Phys. Chem. C, 125 (2021) 9060-9073.