蓋世汽車訊 沸石是超多孔材料，10克沸石的內部表面積相當于一個足球場那么大。這種孔腔結構使其很適合用于催化化學反應，幫助節省能量。據外媒報道，一國際研究團考察水分子在相關過程中扮演的角色，并獲得新發現。其重要應用之一是將生物質轉化為生物燃料。

（圖片來源：phys.org）

生物燃料對環境的影響少，但其生產過程需要大量能量。經過高溫和壓力，才能發生必要的化學反應。慕尼黑理工大學 (TUM) 的教授Johannes Lercher表示：“將來，要在不使用化石能源的情況下，大規模有效地利用生物質，我們必須找出相應的節能型生物質處理方法。”

包括Lercher在內的國際研究團隊密切觀察，在沸石孔（小于1納米）內發生的反應中，水分子所起到的作用。

從酸的原理出發

酸的特征之一是容易給出質子。鹽酸加入水中后，會分裂成帶負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子，從而產生帶正電荷的水合氫離子，并進一步傳遞質子，例如傳遞給有機分子。

當有機分子被迫接受質子時，必須設法使自己穩定下來。這樣，乙醇會產生一個具有雙鍵的分子，這是從生物質到生物燃料的典型反應步驟。在轉換期間，通過沸石壁穩定過渡狀態，有助于減少發生反應所需的能量。

沸石能起到酸的作用

沸石的晶體結構中包含氧原子，其中已攜帶一個質子。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。通過化學預處理過程，可以改變這些活性中心的數量，使沸石孔內的水合氫離子達到一定密度。

通過系統地改變孔腔大小、活性位點密度和水分子的數量，研究團隊找到了能夠催化示例反應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，有可能提高反應速率。然而，當周圍的物質過于擁擠，電荷彼此過于接近時，反應速率又會下降。因此，可能每個反應都存在最佳條件。”

研究人員強調，沸石通常適合作為納米反應器，用于所有的化學反應。這些化學反應中的反應伙伴適合進入孔中，而酸可以用作催化劑。“我們正處于發展的初級階段，有可能在低溫下提高分子的反應活性，從而在燃料或化學品的生產過程中節省大量能源。”

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