沸石对水分子的催化作用

一组美国研究人员通过观察沸石的纳米级晶体，已经证明沸石可以改变水分子的形状和行为。沸石是主要由铝、硅和氧制成的化合物。它们在化学中被广泛用作分子大小的筛子或海绵。这是因为沸石晶体的物理结构：它们充满了小孔。这些孔的大小为纳米或更小，这使得它们小了一千倍，细菌无法通过，但大小正好适合分子。

天然沸石也被用于催化化学反应，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员使用一些光谱技术检查了几种不同沸石中的水，这些沸石的孔径从0.3纳米到1.3纳米不等。他们发现，当孔隙小于0.65纳米时，水分子会发生一些奇怪的事情。因为它们一次只能穿过一个沸石孔，所以分子形成了单列链。这些一维链与普通的“散装”水具有不同的化学性质。当沸石用于催化称为“环氧化”的化学反应时，它们的行为也有所不同：将一种称为烯烃的化学物质转化为环氧化物。

我们发现沸石孔隙中的小水分子簇附近的化学反应速率高于没有水或块状水的那些水分子，研究人员DavidFlaherty对此解释。

当链状水结构不得不重组以适应反应分子时，它导致了速率的意外，而这就理解为什么催化剂、溶剂和反应物的某些组合导致比其他组合更高的速率的重要难题。研究人员表示，这些信息将帮助他们在未来设计更好的沸石催化剂。