馬薩諸塞州阿默斯特研究的沸石晶體，除其他常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域外，現(xiàn)將其用于將石油提煉成汽油和將生物質(zhì)提煉成生物燃料，是地球上較為常用的催化劑。按重量計(jì)算，它們的形成機(jī)制已引起化學(xué)工業(yè)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的化學(xué)家Scott Auer?bach及其相關(guān)的研究人員的濃厚興趣。這些研究人員在理解沸石結(jié)構(gòu)和振動(dòng)的新方法上取得的進(jìn)展，能夠開(kāi)發(fā)出新的、量身定制的沸石材料，用于更為復(fù)雜的新應(yīng)用。

在最近一期的《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上的封面故事中，描述了該團(tuán)隊(duì)如何使用系統(tǒng)分析和一種稱為拉曼光譜的技術(shù)，加上量子力學(xué)建模，來(lái)發(fā)現(xiàn)他們稱之為“三環(huán)橋”的新納米級(jí)構(gòu)建塊，幫助解釋沸石的多孔結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)行為。Auer bach說(shuō)：“這一突破很重要，因?yàn)樗屛覀兡軌蚩吹讲豢梢?jiàn)的東西——導(dǎo)致沸石晶體的精確結(jié)構(gòu)。我們希望這種結(jié)構(gòu)見(jiàn)解將幫助我們合成新的、量身定制的沸石，用于清潔能源的高級(jí)應(yīng)用和碳捕獲。”

麻省大學(xué)阿默斯特分校的化學(xué)工程師Wei Fan和第一作者Tongkun Wang，及伍斯特理工學(xué)院的其他人紛紛表示，這種新的方法能夠取代傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單單一的方法，其可以增強(qiáng)使用拉曼光譜作為研究沸石結(jié)構(gòu)和形成的分析工具的能力。在美國(guó)能源部材料科學(xué)與工程部支持的這項(xiàng)工作中，Auerbach及其同事表示，由于前體結(jié)構(gòu)是中等大小的，因此揭示沸石合成很復(fù)雜，因此它們陷入了納米級(jí)的盲點(diǎn)：對(duì)于原子級(jí)和官能團(tuán)結(jié)構(gòu)分析來(lái)說(shuō)太大，對(duì)X射線分析來(lái)說(shuō)是無(wú)序的。相比之下，拉曼光譜已成為探測(cè)各種材料中程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大工具，范解釋說(shuō)，到目前為止，對(duì)具有新結(jié)構(gòu)和成分的沸石合成的實(shí)驗(yàn)研究是基于反復(fù)試驗(yàn)的方法，表征該過(guò)程提出了“誘人的挑戰(zhàn)”。

他們指出，基于三環(huán)橋的貢獻(xiàn)為理解結(jié)晶途徑提供了一種新工具，為設(shè)計(jì)用于催化和分離的高級(jí)應(yīng)用的材料打開(kāi)了大門。此外，通常在沒(méi)有證據(jù)的情況下假設(shè)拉曼譜帶可以分配給單個(gè)沸石環(huán)。研究人員測(cè)試了這一假設(shè)并發(fā)現(xiàn)三環(huán)橋-連接在一起的三個(gè)沸石環(huán)的集合-在沸石形成中起著關(guān)鍵作用。利用這一點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)了沸石鍵角和拉曼頻率之間的精確關(guān)系，可用于確定沸石結(jié)晶過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)。在未來(lái)的工作中，Auerbach、Fan 和他們的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在沸石結(jié)晶過(guò)程中測(cè)量和模擬拉曼光譜，以確定哪些三環(huán)橋存在并將被由此產(chǎn)生的沸石進(jìn)行銜接。