היישום הרחב של חומרי מסננת מולקולרית זאוליט (כגון הפרדת ספיחה, חילופי יונים, קטליזה) קשור קשר הדוק למאפיינים המבניים שלהם. לדוגמה, ביצועי הספיחה וההפרדה תלויים בגודל הנקבוביות ובנפח הנקבוביות של המסננת המולקולרית; ביצועי חילופי היונים תלויים במספר ובמיקום של קטיונים במסננת המולקולרית, כמו גם במעבר של תעלות הנקבוביות שלה; סלקטיביות הצורה המוצגת במהלך התהליך הקטליטי קשורה לגודל הנקבוביות ולכיוון של המסננת המולקולרית, בעוד שגודל הנקבוביות או מבנה הכלוב של תוצרי הביניים והסופיים בתגובה הקטליטית קשורים למסננת המולקולרית. לכן, המבנה של מסננות מולקולריות הוא נושא בסיסי בחקר חומרי מסננות מולקולריות.
יחידה מבנית
ראשית, ערכו מחקר על היחידות המבניות הבסיסיות הפשוטות ביותר. באופן כללי, מסננות מולקולריות זאוליט נוצרות על ידי ערימת טטרהדרות דרך קודקודים משותפים, כך שטטרהדרון אחד הוא יחידה מבנית ראשונית (טטרהדרון TO4). לדוגמה, עבור מסננת מולקולרית זאוליט סיליקליט-1, היחידה המבנית העיקרית שלה היא טטרהדרה חמצן סיליקון ([SiO4] 0), ויחידה מבנית טטרהדרלית זו מציגה ניטרליות חשמלית. טטרהדרות חמצן סיליקון אלו מחוברות על ידי אטומי חמצן משותפים ליצירת מסננת מולקולרית זאוליט בעלת מבנה MFI. בסינתזה, חומרי תבנית ומים ספוגים נמצאים בנקבוביותיו. כמובן, כאשר אלומיניום קיים במערכת הסינתזה, ישנם שני סוגים של טטרהדרות: טטרהדרת חמצן סיליקון ([SiO4] 0) וטטרהדרת חמצן אלומיניום ([AlO4] -), ולטטרהדרת חמצן מאלומיניום יש שלילי תַשְׁלוּם. על ידי הרכבה וסינתזה של מסננות מולקולריות עם מבנה MFI של סיליקון ואלומיניום, מבנה זה עצמו נושא מטען שלילי מסוים, ולכן יש לאזן אותו על ידי קטיונים נוספים כדי להפוך אותו בסופו של דבר לנייטרלי חשמלית בכללותו. והמסננת המולקולרית של אלומיניום זרחן מורכבת בקפדנות מטטרהדרת חמצן זרחן לסירוגין ([PO4]+) וטטרהדרת חמצן מאלומיניום ([AlO4] -), עם שלד נייטרלי מבחינה חשמלית. כמובן, בחיבור בין יחידות מבניות ראשוניות יש לפעול לפי כלל לוונשטיין: במבנה שלד אלומיניום סיליקון, אלומיניום אינו יכול להיות צמוד זה לזה; במבנה שלד הפוספט, כגון SAPO-34, אלומיניום אינו יכול להיות צמוד לאטומי מתכת דו ערכיים או תלת ערכיים, וזרחן אינו יכול להיות מחובר לסיליקון או לזרחן.
יחידת בניין משנית
מבנה השלד של נפות מולקולריות נוצר על ידי חיבורים סופיים או אינסופיים של יחידות מבניות ראשוניות. יחידות מבניות סופיות, כגון יחידות מבניות משניות, מתייחסות בדרך כלל למבני טבעת מרובי רכיבים המורכבים מטטרהדרות TO4 החולקות אטומי חמצן בנקודה קבועה ומחוברים בדרכים שונות. מבני הטבעת הנפוצים כוללים ארבע טבעות בנות, חמש טבעות, שישה טבעות, טבעות כפולות ארבע איברים וטבעות כפולות שישה איברים. מה שהתגלה כעת הם 18 סוגים של יחידות מבניות משניות. לדוגמה, היחידה המבנית המשנית 4-4 מייצגת שתי טבעות רבעוניות, כלומר טבעות רבעוניות כפולות. כפי שאנו מכירים את הנפות המולקולריות מסוג A, הן נוצרות על ידי חיבור כלובי SOD עם טבעות רבעוניות כפולות ליצירת נפות מולקולריות זאוליט. כמובן, ה-SBU שאליו אנו מתייחסים הוא יחידה טופולוגית בלבד במובן התיאורטי, על מנת להבין ולהסביר טוב יותר את המבנה של נפות מולקולריות זאוליט, ואינו יכול להיחשב כמין אמיתי בתהליך ההתגבשות של נפות מולקולריות זאוליט.
יחידה מבנית בצורת כלוב
בשלד של מסננות מולקולריות ישנה כלוב אופייני כמו יחידה מבנית, המתוארת על סמך הטבעות המרובות שקובעות את הפוליהדרות שלהן. לדוגמה, כלוב SOD המוכר מורכב משמונה טבעות משושה ושש טבעות רבעוניות, המקובלות בדרך כלל כ-4668. שלדי מסננת מולקולרית שונים יכילו את אותו כלוב כמו יחידות מבניות, במילים אחרות, אותו כלוב כמו יחידה מבנית יצור סוגים שונים של מבני שלד מסננת מולקולרית באמצעות שיטות חיבור שונות. דוגמה קלאסית היא כלוב SOD.
המסננת המולקולרית הזאוליט SOD נוצרת על ידי החיבור הקומפלרי בין כלובי SOD; כלובי SOD מחוברים באמצעות טבעות רבעוניות כפולות ליצירת מסננות מולקולריות מסוג LTA; כלובי SOD מחוברים באמצעות טבעת משושה כפולה ליצירת מסננות מולקולריות זאוליט FAU ו-EMT.
בנוסף, במבנה המסגרת של נפות מולקולריות זאוליט, נמצאות לעתים קרובות כמה שרשראות אופייניות, שלוש שכבות רשת מחוברות דו-ממדיות ויחידות מבניות מחזוריות (PBU). חמשת המבנים הדומים לשרשרת הנפוצים ביותר הם שרשרת פנטסיל, שרשרת זיגזג כפולה, שרשרת זיגזג כפולה, שרשרת סרן כפולה ושרשרת אבן עמוד קצרה. שרשרת Pentasil המורכבת מכלובים המשותפים לקצוות היא שרשרת אופיינית למשפחת הנפות המולקולריות של סיליקה זאוליט גבוהה. מבנה המסגרת המייצג ביותר של MFI מורכב מרשתות Pentasil. הערמה המקבילה של שלוש שכבות רשת מחוברות דו-ממדיות יוצרת מבנה תלת-ממדי של ארבעה שלד מחוברים על ידי חיבור בין שלושת הקודקודים המחוברים בכיוון אנכי. לדוגמה, מבנה השלד מסוג GIS מורכב ממבנה שכבת רשת דו מימדי 4.82 המחובר אנכית.