沸石是一種極多孔的材料：10克的內表面積可以達到一個足球場那么大。它們的空腔使它們可用于催化化學反應，從而節省能源。一個國際研究小組現在對水分子在這些過程中的作用有了新的發現。一項重要的應用是將生物質轉化為生物燃料。由生物質制成的燃料被認為是氣候中性的，盡管生產它仍然需要能源：所需的化學反應需要高水平的溫度和壓力。

如果我們在未來不使用化石能源并有效地大規模利用生物質，我們還必須找到減少處理生物質所需能源的方法，”化學技術教授JohannesLercher說。慕尼黑工業大學(TUM)和美國華盛頓州里奇蘭太平洋西北國家實驗室綜合催化研究所所長。Lercher與一個國際研究團隊合作，仔細研究了水分子在沸石孔徑小于1納米的孔內反應中的作用。

酸的一個特性是它很容易提供質子。因此，當加入水中時，鹽酸分裂成帶負電荷的氯陰離子，就像在食鹽晶體中發現的那些，以及附著在水分子上的帶正電荷的質子。這會產生帶正電的水合氫離子，它看起來會進一步傳遞這個質子，例如傳遞給有機分子。當有機分子“被迫”接受質子時，它會試圖穩定自己。因此，醇可以產生具有雙鍵的分子——這是從生物質到生物燃料的典型反應步驟。沸石壁穩定了轉化過程中發生的過渡態，因此有助于將發生反應所需的能量降至最低。

天然沸石的晶體結構中含有氧原子，這些氧原子已經攜帶質子。像分子酸一樣，它們通過與水的相互作用形成水合氫離子。然而，當水合氫離子分散在水中時，它們仍然與沸石密切相關。化學預處理可以改變這些活性中心的數量，從而在沸石的孔中建立一定密度的水合氫離子。通過系統地改變空腔的大小、活性位點的密度和水的量，研究小組能夠闡明最能催化所選示例反應的孔徑和水濃度。一般來說，可以通過縮小孔隙和提高電荷密度來提高反應速率，但是這種增加有其局限性：當事物變得過于擁擠并且電荷彼此過于接近時，反應速率再次下降。這使得為每個反應找到最佳條件成為可能。

沸石通常適合作為所有化學反應的納米反應器，其反應伙伴適合孔中并使用酸作為催化劑，即使在低溫下也有可能增加分子的反應性，從而在燃料或化學品的生產中節省大量能源。”