沸石作為一種多孔材料，其10 克的內(nèi)表面積可以達(dá)到一個(gè)足球場(chǎng)那么大。它們的空腔使它們可用于催化化學(xué)反應(yīng)，從而節(jié)省能源。某國(guó)際研究小組現(xiàn)在對(duì)水分子在這些過(guò)程中的作用有了新的發(fā)現(xiàn)。一項(xiàng)重要的應(yīng)用是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料。

由生物質(zhì)制成的燃料被認(rèn)為是氣候中性的，盡管生產(chǎn)它仍然需要能源：所需的化學(xué)反應(yīng)需要高水平的溫度和壓力。如果在未來(lái)不使用化石能源并有效地大規(guī)模利用生物質(zhì)，還必須找到減少處理生物質(zhì)所需能源的方法，化學(xué)技術(shù)教授約翰內(nèi)斯·勒徹提出這樣的觀點(diǎn)。

酸的一個(gè)重要特性是它很容易提供質(zhì)子。因此，當(dāng)加入水中時(shí)，鹽酸會(huì)分裂成帶負(fù)電荷的氯陰離子，就像在食鹽晶體中發(fā)現(xiàn)的那些，以及帶正電荷的質(zhì)子，它們會(huì)附著在水分子上。這會(huì)產(chǎn)生帶正電的水合氫離子，它看起來(lái)會(huì)進(jìn)一步傳遞這個(gè)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(shí)，它會(huì)試圖穩(wěn)定自己。因此，酒精可以產(chǎn)生帶有雙鍵的分子——這是從生物質(zhì)到生物燃料的典型反應(yīng)步驟。沸石壁穩(wěn)定了轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)生的過(guò)渡態(tài)，因此有助于將發(fā)生反應(yīng)所需的能量降至最低。

沸石顆粒的晶體結(jié)構(gòu)中含有氧原子，這些氧原子已經(jīng)攜帶質(zhì)子。像分子酸一樣，它們通過(guò)與水的相互作用形成水合氫離子。然而，雖然水合氫離子分散在水中，但它們?nèi)耘c沸石密切相關(guān)。化學(xué)預(yù)處理可以改變這些活性中心的數(shù)量，從而在沸石的孔中建立一定密度的水合氫離子。通過(guò)系統(tǒng)地改變空腔的大小、活性位點(diǎn)的密度和水量，研究小組能夠闡明最能催化所選示例反應(yīng)的孔徑和水濃度。

一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)縮小孔隙和提高電荷密度來(lái)提高反應(yīng)速率，然而，這種增加有其局限性：當(dāng)事情變得過(guò)于擁擠并且電荷彼此過(guò)于接近時(shí)，反應(yīng)速度會(huì)再次下降。這使得為每個(gè)反應(yīng)找到最佳條件成為可能。

沸石通常適合作為所有化學(xué)反應(yīng)的納米反應(yīng)器，其反應(yīng)伙伴適合孔中并使用酸作為催化劑，該技術(shù)正處于發(fā)展的初期，即使在低溫下也有可能增加分子的反應(yīng)性，從而在燃料或化學(xué)品的生產(chǎn)中節(jié)省大量能源。