Американские ученые обнаружили, что вода в порах минерала цеолита может ускорять химические реакции. Исследование поможет в разработке новых катализаторов на основе цеолитов. Работа опубликована в журнале Nature Catalysis.
Наноразмерные микропористые цеолиты, способные вести себя как крошечные губки, фильтры или даже катализаторы, годами использовались в материалах, которые поглощают вредные соединения из окружающей среды и очищают воду и другие химические вещества. Ученые давно предполагали, что взаимодействие с водой внутри пор цеолита сильно влияет на их стабильность в качестве катализаторов. Однако до сих пор было неизвестно, как и почему это происходит.
Чтобы выяснить это, американские ученые использовали спектроскопию. С ее помощью они измерили различия между молекулами воды в объемной фазе и в серии цеолитов с постепенно уменьшающимся диаметром пор. Ширина некоторых из этих пор была настолько маленькой, что там могла поместиться всего одна молекула воды. Анализ показал, что цеолиты, в микроскопических порах которых были молекулы воды, значительно ускоряли реакции. «Корреляция между изменениями энтропии в воде, вызванными реакцией, скоростью реакции и размером пор цеолита, позволяет предположить, что изменения в структуре водных кластеров и цепей ответственны за улучшение каталитических скоростей», — рассказал Дэвид Флаэрти из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне.
«Когда цепочечные структуры воды пришлось реорганизовать, чтобы приспособиться к реагирующим молекулам, это привело к неожиданному — и резкому — увеличению скорости. Эти результаты важны для разгадки головоломки, почему одни комбинации катализаторов, растворителей и реагентов приводят к более высоким показателям, чем другие», — поясняет Даниэль Бреганте из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, ведущий автор статьи.
По словам ученых, результаты их работы позволят создавать улучшенные синтетические цеолиты, которые можно будет настраивать, чтобы получить более эффективные катализаторы.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
