Мезопористый материал - Википедия - Mesoporous material

Электронно-микроскопические изображения азотсодержащего упорядоченного мезопористого углерода (N-OMC), снятые (а) вдоль и (б) перпендикулярно направлению канала.[1]

А мезопористый материал это материал, содержащий поры диаметром от 2 до 50 нм, в зависимости от ИЮПАК номенклатура.[2] Для сравнения ИЮПАК определяет микропористый материал как материал, имеющий поры диаметром менее 2 нм и макропористый материал как материал, имеющий поры диаметром более 50 нм.

Типичные мезопористые материалы включают некоторые виды кремнезем и глинозем которые имеют мезопоры аналогичного размера. Мезопористые оксиды ниобий, тантал, титан, цирконий, церий и банка также поступали сообщения. Однако флагманом мезопористых материалов является мезопористый углерод, который находит прямое применение в устройствах хранения энергии.[3] Мезопористый углерод имеет пористость в пределах диапазона мезопор, что значительно увеличивает удельную поверхность. Другой очень распространенный мезопористый материал - это Активированный уголь который обычно состоит из углеродного каркаса с мезопористостью и микропористостью в зависимости от условий, в которых он был синтезирован.

Согласно IUPAC, мезопористый материал может быть неупорядоченным или упорядоченным в мезоструктуре. В кристаллических неорганических материалах мезопористая структура заметно ограничивает количество единиц решетки, и это существенно меняет химию твердого тела. Например, характеристики батарей мезопористых электроактивных материалов значительно отличаются от их объемной структуры.[4]

Методика производства мезопористых материалов (кремнезема) была запатентована примерно в 1970 г.[5][6][7] и методы, основанные на Процесс Штёбера с 1968 г.[8] все еще использовались в 2015 году.[9] Это прошло почти незамеченным[10] и воспроизведен в 1997 году.[11] Мезопористые наночастицы кремнезема (MSN) были независимо синтезированы в 1990 году исследователями из Японии.[12] Позже они производились также в лабораториях Mobil Corporation.[13] и назвал Кристаллические материалы Mobil, или MCM-41.[14] Первоначальные методы синтеза не позволяли контролировать качество генерируемой вторичной пористости. Только за счет использования катионы четвертичного аммония и агенты силанизации Во время синтеза материалы показали истинный уровень иерархической пористости и улучшенные текстурные свойства.[15][16]

С тех пор исследования в этой области неуклонно росли. Яркими примерами перспективного промышленного применения являются: катализ, сорбция, газоанализ, аккумуляторы,[17] ионный обмен, оптика, и фотогальваника. В области катализа цеолиты - это новая тема, в которой изучается мезопористость как функция катализатора с целью улучшения его характеристик для использования в Каталитический крекинг в псевдоожиженном слое.

Следует принимать во внимание, что эта мезопористость относится к классификации наноразмерной пористости, и мезопоры могут определяться по-другому в других контекстах; например, мезопоры определяются как полости с размерами в диапазоне 30–75 мкм в контексте пористых скоплений, таких как почва.[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Guo, M .; Wang, H .; Huang, D .; Han, Z .; Li, Q .; Ван, X .; Чен, Дж. (2014). «Амперометрический катехоловый биосенсор на основе лакказы, иммобилизованной на легированном азотом упорядоченном мезопористом углероде (N-OMC) / матрице ПВС». Наука и технология перспективных материалов. 15 (3): 035005. Bibcode:2014STAdM..15c5005G. Дои:10.1088/1468-6996/15/3/035005. ЧВК  5090526. PMID  27877681.
  2. ^ Rouquerol, J .; Авнир, Д .; Fairbridge, C.W .; Everett, D. H .; Haynes, J.M .; Pernicone, N .; Ramsay, J. D. F .; Sing, K. S. W .; Унгер, К. К. (1994). «Рекомендации по определению характеристик пористых твердых тел (Технический отчет)». Чистая и прикладная химия. 66 (8): 1739–1758. Дои:10.1351 / pac199466081739.
  3. ^ Эфтехари, Али; Чжаоян, Фань (2017). «Заказанный мезопористый углерод и его применение для электрохимического накопления и преобразования энергии». Материалы Химия Границы. 1 (6): 1001–1027. Дои:10.1039 / C6QM00298F.
  4. ^ Эфтехари, Али (2017). «Заказанные мезопористые материалы для литий-ионных аккумуляторов». Микропористые и мезопористые материалы. 243: 355–369. Дои:10.1016 / j.micromeso.2017.02.055.
  5. ^ Chiola, V .; Рицко, Дж. Э. и Вандерпул, К. Д. «Процесс производства диоксида кремния с низкой насыпной плотностью». Заявка № US 3556725D A, поданная 26 февраля 1969 г .; Публикация № US 3556725 A, опубликованная 19 января 1971 г.
  6. ^ «Пористые частицы диоксида кремния, содержащие кристаллизованную фазу и способ» Заявка № US 3493341D A, поданная 23 января 1967 г .; Публикация № US 3493341 A, опубликованная 3 февраля 1970 г.
  7. ^ «Процесс производства кремнезема в виде полых сфер»; Заявка № US 342525 A, поданная 4 февраля 1964 г .; Публикация № US 3383172 A, опубликованная 14 мая 1968 г.
  8. ^ Штёбер, Вернер; Финк, Артур; Бон, Эрнст (1968). «Контролируемый рост монодисперсных сфер диоксида кремния в диапазоне микронных размеров». Журнал коллоидной и интерфейсной науки. 26 (1): 62–69. Bibcode:1968JCIS ... 26 ... 62S. Дои:10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  9. ^ Киклебик, Гвидо (2015). «Наночастицы и композиты». В Леви, Дэвид; Заят, Маркос (ред.). Справочник по золь-гелю: синтез, характеристика и применение. 3. Джон Уайли и сыновья. С. 227–244. ISBN  9783527334865.
  10. ^ Сюй, Рурэн; Пан, Вэньцинь и Ю, Джихонг (2007). Химия цеолитов и родственных пористых материалов: синтез и структура. Wiley-Interscience. п. 472. ISBN  978-0-470-82233-3.
  11. ^ Direnzo, F; Камбон, Н; Дутартр, Р. (1997). «28-летний синтез мезопористого кремнезема с мицеллярными темплатами». Микропористые материалы. 10 (4–6): 283. Дои:10.1016 / S0927-6513 (97) 00028-X.
  12. ^ Янагисава, Цунео; Симидзу, Тосио; Курода, Казуюки; Като, Чузо (1990). «Получение комплексов алкилтриметиламмоний-канемит и их превращение в микропористые материалы». Бюллетень химического общества Японии. 63 (4): 988. Дои:10.1246 / bcsj.63.988.
  13. ^ Beck, J. S .; Vartuli, J.C .; Roth, W. J .; Леонович, М. Э .; Kresge, C.T .; Schmitt, K. D .; Chu, C. T. W .; Olson, D. H .; Шеппард, Э. У. (1992). «Новое семейство мезопористых молекулярных сит, приготовленных из жидкокристаллических шаблонов». Журнал Американского химического общества. 114 (27): 10834. Дои:10.1021 / ja00053a020.
  14. ^ Trewyn, B.G .; Замедление, I. I .; Giri, S .; Chen, H.T .; Лин, В. С. -Ю. (2007). «Синтез и функционализация мезопористой наночастицы кремнезема на основе золь-гель процесса и применения в контролируемом высвобождении». Отчеты о химических исследованиях. 40 (9): 846–53. Дои:10.1021 / ar600032u. PMID  17645305.
  15. ^ Perez-Ramirez, J .; Christensen, C.H .; Egeblad, K .; Christensen, C.H .; Гроен, Дж. К. (2008). «Иерархические цеолиты: расширенное использование микропористых кристаллов в катализе благодаря достижениям в дизайне материалов». Chem. Soc. Rev. 37 (11): 2530–2542. Дои:10.1039 / b809030k. PMID  18949124.
  16. ^ Perez-Ramirez, J .; Вербёкенд, Д. (2011). «Дизайн иерархических цеолитных катализаторов обескремниванием». Катал. Sci. Technol. 1 (6): 879–890. Дои:10.1039 / C1CY00150G. HDL:20.500.11850/212833.
  17. ^ Штейн, Андреас (2020). Гитис, Виталий; Ротенберг, Гади (ред.). Справочник по пористым материалам. 4. Сингапур: МИРОВОЙ НАУЧНЫЙ. Дои:10.1142/11909. ISBN  978-981-12-2322-8.
  18. ^ Комитет по глоссарию почвоведов (2008). Глоссарий почвоведения 2008 г.. Мэдисон, Висконсин: Американское почвенное общество. ISBN  978-0-89118-851-3.