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沸石如何使涂料更环保

发布时间:2021-07-28
环保涂料是当今最流行的一种涂料。几十年来,科学家们已经知道某些沸石——一种普通的结晶材料——可以在室温下将甲烷转化为甲醇,而不是当前过程所需的高温和高压。斯坦福大学研究生、发表在《自然》杂志上的一项研究的共同主要作者本杰明·斯奈德(BenjaminSnyder)解释,在1990年代,科学家表明某些含铁沸石在室温下具有出色的将甲烷转化为甲醇的能力,其研究最终解释了这种化学转化是如何发生的。

众所周知,沸石主要由铝、硅和氧组成。它们的多孔分子结构使它们成为捕捉宠物气味和有害颗粒(如放射性废物)的理想选择。沸石还用作催化剂来制造汽油、柴油和其他石化产品。1990年代,俄罗斯科学家对用铁制成的合成沸石进行了一系列实验。他们发现,即使在室温下,暴露在甲烷气体中的铁沸石也会立即开始产生甲醇。

铁沸石是低温甲烷转化的有前途的催化剂,研究合著者、SLAC国家加速器实验室化学和光子科学教授Edward Solomon认为,但尽管进行了近三年的研究,但尚不清楚它们是如何工作的。寻找一种将甲烷转化为甲醇的有效催化过程可能会产生深远的经济影响。 科学家面临的一大挑战是在铁沸石晶体上定位发生催化作用的活性位点。

研究人员应用一系列先进的光谱技术来研究植物和微生物中的含铁蛋白质。这种方法使他们能够确定沸石中的活性位点,并创建其结构的详细计算模型。然后研究人员就能够展示是什么使活性位点如此具有反应性,其发现活性位点的铁核被沸石晶体锁定在一个不寻常的、受限的几何形状中,这导致了与甲烷的特殊反应性。了解催化剂结构与反应性之间的关系是大规模开发环保催化剂的关键第一步,但仍有许多技术障碍需要克服。例如,在室温下制造的大部分甲醇被困在多孔沸石分子内,必须用水去除。

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