為了實(shí)現(xiàn)這個方案,慕尼黑工業(yè)大學(xué)Johannes A. Lercher和Yue Liu等研究了離子環(huán)境對提高沸石孔中反應(yīng)分子活性的作用。他們通過調(diào)整催化活性位點(diǎn)周圍的分子環(huán)境提高催化反應(yīng)性。在沸石中,水的存在會形成水合氫離子和帶負(fù)電的骨架鋁四面體,進(jìn)而會創(chuàng)建一個離子環(huán)境。由沸石鋁濃度決定的、高密度的陽離子-陰離子對會產(chǎn)生很高的局部離子強(qiáng)度,從而增加了吸附和不帶電有機(jī)反應(yīng)物的超額化學(xué)勢。當(dāng)帶電過渡態(tài)(例如碳正離子)得到穩(wěn)定,能壘降低,反應(yīng)速率也得到了提升。利用H-MFI在水中對環(huán)己醇進(jìn)行分子內(nèi)脫水,研究人員定量地展示了由于高離子強(qiáng)度的存在而提高的反應(yīng)速率以及這種策略的潛在局限性。
圖4 H-MFI和H-BEAH3O+hydr.催化環(huán)己醇脫水反應(yīng)的比較Role of the ionic environment in enhancing the activity of reacting molecules in zeolite pores, Science 2021. DOI: 10.1126/science.abh3418