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鳍片多孔材料为化学反应搭建“高速公路”
很多化学过程都依赖于高速催化反应。然而，分子扩散往往会因为“分子阻塞”的影响而导致反应速度变慢。
《自然·材料学》杂志8月10日报道，美国休斯敦大学、瑞典斯德哥尔摩大学等合作开发了一种全新的鳍片多孔催化剂，它能够降低分子进入催化剂内部孔隙的难度，从而加速化学反应进程。
这种鳍片多孔催化剂的主要成分是沸石。沸石是一种有纳米级孔隙的铝硅酸盐，作为固体催化剂，广泛应用于工业生产活动中。
在沸石参与的化学反应中，分子要进入沸石孔内进行化学反应，必须先找到沸石催化剂外表面的少量“入口”。这就导致分子必须“排队”进入催化剂内部，然后才能扩散到活性位点。如何解决“排队”难题？
工程师们认为，制备小尺寸的纳米催化剂是较好的解决方案：沸石变小了，暴露入口的表面积更大了，分子进入的机会随之增加了。此外，沸石尺寸越小，分子穿越其内部的距离也越短。然而，制备小尺寸沸石的成本非常高昂，并且实际效率偏低。
休斯敦大学研究人员Jeffrey Rimer教授等开发了一种尺寸更大的鳍片催化剂，它可以发挥与纳米粒子相似的功能：分子进入内部，引发反应后迅速离去。
鳍片沸石催化剂的表面非常粗糙，从而使表面积显著增加，分子更容易进入其内部，并解除了传统沸石催化剂的传质限制。
Rimer解释说：“在团队多年研究成果的基础上，我们调整了沸石的结晶方式，形成了鳍片结构。这种新材料不涉及纳米颗粒的直接合成，为沸石催化剂的设计开创了新的范例。”
研究人员通过开展国际合作，比较了鳍片沸石催化剂与传统沸石催化剂的性能，并对前者的微观形态、孔隙结构等进行了深入研究。
他们发现，鳍片沸石催化剂的寿命、催化效率和分子传输效率，分别是传统沸石催化剂的8倍、3倍和100~1000倍。鳍片结构缩短了内部扩散路径，确保分子能有效抵达反应位点，并减少了羰基产物被固定的倾向。
研究人员表示，新催化剂对燃料生产和塑料产品制造等诸多行业有直接影响。
Rimer说：“这一新发现有望在广泛应用的沸石材料中深度推广。对沸石催化剂而言，调控鳍片特性可以提供更强大的灵活性。”
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