慕尼黑理工大学利用沸石催化化学反应 将生物质转化为生物燃料

沸石是超多孔材料，10克沸石的内部表面积相当于一个足球场那么大。这种孔腔结构使其很适合用于催化化学反应，帮助节省能量。据外媒报道，一国际研究团考察水分子在相关过程中扮演的角色，并获得新发现。其重要应用之一是将生物质转化为生物燃料。

生物燃料对环境的影响少，但其生产过程需要大量能量。经过高温和压力，才能发生必要的化学反应。慕尼黑理工大学(TUM)的教授Johannes Lercher表示：“将来，要在不使用化石能源的情况下，大规模有效地利用生物质，我们必须找出相应的节能型生物质处理方法。”

包括Lercher在内的国际研究团队密切观察，在沸石孔（小于1纳米）内发生的反应中，水分子所起到的作用。

从酸的原理出发

酸的特征之一是容易给出质子。盐酸加入水中后，会分裂成带负电荷的氯化物阴离子，以及附着在水分子上的带正电荷的质子，从而产生带正电荷的水合氢离子，并进一步传递质子，例如传递给有机分子。

当有机分子被迫接受质子时，必须设法使自己稳定下来。这样，乙醇会产生一个具有双键的分子，这是从生物质到生物燃料的典型反应步骤。在转换期间，通过沸石壁稳定过渡状态，有助于减少发生反应所需的能量。

沸石能起到酸的作用

沸石的晶体结构中包含氧原子，其中已携带一个质子。如同酸分子，它们通过与水互相作用，形成水合氢离子。然而，当水合氢离子分散在水中时，仍与沸石保持紧密接触。通过化学预处理过程，可以改变这些活性中心的数量，使沸石孔内的水合氢离子达到一定密度。

通过系统地改变孔腔大小、活性位点密度和水分子的数量，研究团队找到了能够催化示例反应的最佳孔径尺寸和水浓度。Johannes Lercher表示：“总的来说，通过缩小孔隙和提高电荷密度，有可能提高反应速率。然而，当周围的物质过于拥挤，电荷彼此过于接近时，反应速率又会下降。因此，可能每个反应都存在最佳条件。”

研究人员强调，沸石通常适合作为纳米反应器，用于所有的化学反应。这些化学反应中的反应伙伴适合进入孔中，而酸可以用作催化剂。“我们正处于发展的初级阶段，有可能在低温下提高分子的反应活性，从而在燃料或化学品的生产过程中节省大量能源。”