沸石在1756年首先為瑞典礦冶學家克朗斯提（B. Cronstedt）發現，它是一種低密度軟性的礦石，由氧化矽、氧化鋁與鹼在水汽壓力

下作用所形成的結晶性矽鋁酸鹽。結構中含有大約20％的水分，因水分會受熱而失去，溫度降低而再吸收，使得它在水中煮沸時會

冒泡泡，故以希臘語”ZEO”(沸騰)和”litos”(石頭)命名稱為Zeolite (沸石)。

沸石屬於多孔性物質，因為具有極高的表面積，而被廣泛的應用作為吸附劑、觸媒及觸媒載體。一般將多孔性物質之孔洞結構區分

為三類:孔徑 <  2nm為微孔結構 (micropore) ,孔徑在2~50nm範圍之間為中孔結構(mesopore) ,孔徑大於50nm以上的為大孔結構 (macropore) 。

沸石結構:

沸石的結構是以矽或鋁氧化物的四面體（SiO4或AlO4）為基本單元，以氧原子連接矽、鋁的四面體而成的三度空間骨架結構。因鋁原子為三價，呈AlO4四面體時，鋁帶負電荷，須仰賴陽離子來中和其電性。因此沸石的結構式可以寫為：Mx/n〔(AlO2)×(SiO2)y〕．Z H2O其中n為陽離子「M」的氧化數，常見的陽離子有鹼金、鹼土、稀土金屬、銨或氫離子。因兩個AlO4四面體無法直接相連，使得x≦y，即沸石的矽╱鋁原子數比必須大於或等於1。

沸石骨架結構中含有四、五、六、八、十或十二個四面體構成的環面，形成一定大小的孔洞及管道，使得加熱脫水處理過的沸石能選擇性的吸附大小適當的分子，因此沸石又稱為「分子篩」。孔洞及管道中的陽離子及水分子，由於具有相當的抗動性，使得沸石有離子交換及可逆的吸水脫水特性；同時不同大小的陽離子會使得沸石孔洞的大小、極性隨之改變，分子篩的功用就更富變化。

使用沸石當作固體酸:

  固體酸 (solid acid) 的概念是來自碳氫化合物和無機酸，例如硫酸或氫氟酸等，會催化一些反應如裂解 (cracking)，而某些觸媒固

體，如氧化鋁或沸石也有相似的效果，因此稱為固體酸。固體酸的酸基 (acid site) 可能是Brönsted 型，亦即是質子提供者(proton donor)

，也可能是Lewis 型，亦即是電子對接受者(electron pair acceptor)。

 

Brönsted 酸
　

Lewis 酸

　

  在催化反應中和液體酸比較，使用沸石做為固體酸的好處， (1) 具有高活性和選擇性(selectivity)；(2)沸石固體酸不會腐蝕反應器和

管線； (3)可以再生重覆使用； (4)反應物及產物容易與固體酸分離；(5)處置廢固體酸比廢酸液容易。固體酸的酸根的來源是源自在氧

化物的電荷不平衡，如下式所示，Si 是正四價而 Al 是正三價，兩種元素週圍都是四個負二價的氧，為維持整個結構電荷的平衡，在

Al 附近必需有一個正電來中和。如果此正電是H+，則可視為Bronsted acid 即是質子的提供者(proton donor)，如果經加熱脫除水分子則

轉成Lewis acid 即是成為電子對的接受者(electron pair acceptor)，不論如何均成為一個酸基。

  由於沸石具有規則性的孔洞，因此在催化反應中，沸石具有形狀選擇性，它的形狀選擇性可分為一、反應物選擇性：反應物小於

沸石孔洞口的才能進入沸石結構中進行反應。二、產物選擇性：產物中分子的形狀及大小比沸石孔洞口小的，才有可能跑出來成為

產物；若初步反應形成的產物尺寸太大，則必須再重組或轉化成較小的分子。三、過渡狀態的選擇性：在沸石孔洞內進行催化反應

時，反應中間體的形成也受到沸石孔洞尺寸的限制，太大的中間體不易生成，以致由此種反應途徑形成的產物也隨之減少。

　

　

沸石的分類:

  到目前為止，應用最廣的還是矽鋁分子篩沸石，依其矽、鋁含量來分可分成三類：一、低矽含量的；即Si/Al原子數比在1?1.5之

間，如A及X沸石，多用於離子交換。二、中等矽含量的；即Si/Al比在1.5?5.0之間，如Y及絲光沸石，用於石油煉製及石化工業的觸

媒作用。三、高矽含量的；Si/Al比大於5，其中最著名的為H-ZSM-5（H代表質子），目前用於重油脫蠟、觸媒重組等煉油工業，及由

甲醇製造汽油、二甲苯異構化及甲苯不均化等石化工業。一般而言，沸石的熱穩定性及酸性強度因矽含量增加而增高，但是離子交

換能力及酸性則隨矽含量增加而減少。

  部分研究沸石構造的學者，也依沸石構造的基本單位來分類，如Y及X沸石與天然的faujasite沸石同類，都是由雙六員環（D6R）為基

ZSM-5
本連接單位，故屬 D6R 類，而 ZSM-5 和 Beta 沸石的基本結構單位為五員環。