保罗·舍勒研究所 维塔利·苏什科维奇(左)和马诺杰·拉维在PSI的沸石实验室，手里拿着一个标准沸石的模型
荣誉:保罗·舍勒研究所/马希尔·丹贝戈维奇 保罗·舍勒研究所和苏黎世联邦理工学院的研究人员希望使所谓的沸石更有效
今天，这些化合物已经是化学工业中不可或缺的添加剂，并且从20世纪60年代开始在炼油厂中用作催化剂
现在，在《自然材料》杂志上，研究人员提倡更多关注经典沸石
他们断言，这些甚至有可能使基于可再生资源的生物经济成为可能
为了将我们以化石燃料为基础的经济转变为可持续的生物经济，我们必须用可再生的原材料取代化石资源
但是石油，化学工业众多产品的原材料，不能简单地用木材、玉米和稻草来交换，因为植物由完全不同于“黑金”的分子组成
“为了给汽车提供动力，生产各种各样的塑料或药物，可再生原材料必须首先经过化学转化
这里的帮助是由催化剂提供的，也就是说，驱动化学反应或使它们成为可能的物质
用于此目的的极有前途的催化剂是沸石，由铝、氧和硅制成的支架状化合物
沸石是天然存在的——例如作为岩层中的矿物——或者是人工合成的
它们是化学工业中最重要的催化剂之一
自20世纪60年代以来，它们被用于炼油厂的裂化，即把长烃链分裂成短烃链的过程
例如，它们也用作洗涤剂、水软化过程和储热系统的成分
沸石通过将生物质转化为工业急需的分子，促进了向生物经济的转变
然而，“在这一点上，对沸石的研究已经走到了死胡同，”维塔利·苏什科维奇说，他是PSI催化和可持续化学实验室的科学家
他与PSI和苏黎世联邦理工学院的同事们一起，希望让沸石研究走出这个死胡同
所有的铝都不一样 问题:为了开发生物经济的催化剂，全世界的研究人员都在研究含有锡、钛或锆原子的沸石
然而，它们的性能不能再提高了
因此，苏什科维奇的团队建议回到经典的沸石，它只由硅、铝和氧组成
“它们是非常有效的催化剂，”苏什科维奇说
“特殊之处在于，它们可以根据特定目的的需要进行修改和调整
你甚至可以一个接一个地催化几个化学反应
在这种情况下，通过中间步骤B和C，从原料A方便地产生所需的产品D
铝原子是这些沸石的重要元素
最初，它们被牢固地固定在沸石支架上
通过加热和其他技巧，它们可以从这种化合物中释放出来，从而处于催化对生物经济重要的反应的位置
苏黎世联邦理工学院的博士生马诺杰·拉维分析了这方面的文献，发现了几处不一致之处
“铝原子催化反应的方式显然比以前想象的要复杂得多，”他说
例如，不是所有的铝原子都完全从支架化合物中释放出来
相反，三种不同类型的铝原子共存于这种沸石中:那些仍然卡在脚手架上的，那些部分分离的，以及那些完全分离的
“重要的是要区分这三种类型，不要把它们混为一谈
" 理解正在发生的事情 PSI也自己合成沸石并分析它们的结构，例如在瑞士光源的帮助下
“大型研究机构的测量和其他现代技术有助于我们更好地理解重要活动中心的结构，”苏什科维奇说
活性中心是催化剂中发生反应的位置
化学家补充说，这种方法不仅有助于向生物经济的转变，而且有助于处理传统的化石资源
这篇论文将于2020年9月21日发表在《自然材料》杂志上
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