蓋世汽車訊 沸石是超多孔材料，10克沸石的內(nèi)部表面積相當(dāng)于一個足球場那么大。這種孔腔結(jié)構(gòu)使其很適合用于催化化學(xué)反應(yīng)，幫助節(jié)省能量。據(jù)外媒報道，一國際研究團(tuán)考察水分子在相關(guān)過程中扮演的角色，并獲得新發(fā)現(xiàn)。其重要應(yīng)用之一是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料。

（圖片來源：phys.org）

生物燃料對環(huán)境的影響少，但其生產(chǎn)過程需要大量能量。經(jīng)過高溫和壓力，才能發(fā)生必要的化學(xué)反應(yīng)。慕尼黑理工大學(xué) (TUM) 的教授Johannes Lercher表示：“將來，要在不使用化石能源的情況下，大規(guī)模有效地利用生物質(zhì)，我們必須找出相應(yīng)的節(jié)能型生物質(zhì)處理方法?！?/p>

包括Lercher在內(nèi)的國際研究團(tuán)隊(duì)密切觀察，在沸石孔（小于1納米）內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)中，水分子所起到的作用。

從酸的原理出發(fā)

酸的特征之一是容易給出質(zhì)子。鹽酸加入水中后，會分裂成帶負(fù)電荷的氯化物陰離子，以及附著在水分子上的帶正電荷的質(zhì)子，從而產(chǎn)生帶正電荷的水合氫離子，并進(jìn)一步傳遞質(zhì)子，例如傳遞給有機(jī)分子。

當(dāng)有機(jī)分子被迫接受質(zhì)子時，必須設(shè)法使自己穩(wěn)定下來。這樣，乙醇會產(chǎn)生一個具有雙鍵的分子，這是從生物質(zhì)到生物燃料的典型反應(yīng)步驟。在轉(zhuǎn)換期間，通過沸石壁穩(wěn)定過渡狀態(tài)，有助于減少發(fā)生反應(yīng)所需的能量。

沸石能起到酸的作用

沸石的晶體結(jié)構(gòu)中包含氧原子，其中已攜帶一個質(zhì)子。如同酸分子，它們通過與水互相作用，形成水合氫離子。然而，當(dāng)水合氫離子分散在水中時，仍與沸石保持緊密接觸。通過化學(xué)預(yù)處理過程，可以改變這些活性中心的數(shù)量，使沸石孔內(nèi)的水合氫離子達(dá)到一定密度。

通過系統(tǒng)地改變孔腔大小、活性位點(diǎn)密度和水分子的數(shù)量，研究團(tuán)隊(duì)找到了能夠催化示例反應(yīng)的最佳孔徑尺寸和水濃度。Johannes Lercher表示：“總的來說，通過縮小孔隙和提高電荷密度，有可能提高反應(yīng)速率。然而，當(dāng)周圍的物質(zhì)過于擁擠，電荷彼此過于接近時，反應(yīng)速率又會下降。因此，可能每個反應(yīng)都存在最佳條件?！?/p>

研究人員強(qiáng)調(diào)，沸石通常適合作為納米反應(yīng)器，用于所有的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)伙伴適合進(jìn)入孔中，而酸可以用作催化劑?！拔覀冋幱诎l(fā)展的初級階段，有可能在低溫下提高分子的反應(yīng)活性，從而在燃料或化學(xué)品的生產(chǎn)過程中節(jié)省大量能源?！?/p>

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