Мезопористый материал
Мезопористый материал (или супернанопористый [ 2] ) представляет собой нанопористый материал, содержащий поры диаметром от 2 до 50 нм согласно номенклатуре IUPAC . [3] Для сравнения, IUPAC определяет микропористый материал как материал с порами менее 2 нм в диаметре, а макропористый материал — как материал с порами более 50 нм в диаметре.
Типичные мезопористые материалы включают некоторые виды кремнезема и оксида алюминия , которые имеют мезопоры одинакового размера. Сообщалось также о мезопористых оксидах ниобия , тантала , титана , циркония , церия и олова . Однако флагманом мезопористых материалов является мезопористый углерод, который имеет прямое применение в устройствах накопления энергии. [4] Мезопористый углерод имеет пористость в диапазоне мезопор, что значительно увеличивает удельную поверхность. Другим очень распространенным мезопористым материалом является активированный уголь.который обычно состоит из углеродного каркаса с мезопористостью и микропористостью в зависимости от условий, в которых он был синтезирован.
Согласно ИЮПАК, мезопористый материал может быть неупорядоченным или упорядоченным в мезоструктуре. В кристаллических неорганических материалах мезопористая структура заметно ограничивает число звеньев решетки, что существенно меняет химию твердого тела. Например, характеристики батареи мезопористых электроактивных материалов значительно отличаются от характеристик их объемной структуры. [5]
Процедура производства мезопористых материалов (кремнезема) была запатентована примерно в 1970 г. [6] [7] [8] , а методы, основанные на процессе Штёбера 1968 г. [9] , все еще использовались в 2015 г. [10] Это осталось почти незамеченным [ 11] и был воспроизведен в 1997 г. [12] Наночастицы мезопористого кремнезема (MSN) были независимо синтезированы в 1990 г. исследователями в Японии. [13] Позже они были произведены также в лабораториях Mobil Corporation [14] и получили название Mobil Crystalline Materials , или MCM-41. [15]Первоначальные синтетические методы не позволяли контролировать качество создаваемого вторичного уровня пористости. Только за счет использования катионов четвертичного аммония и силанизирующих агентов во время синтеза материалы продемонстрировали истинный уровень иерархической пористости и улучшенные текстурные свойства. [16] [17] Мезопористые материалы также производятся в виде тонких пленок путем самосборки, вызванной испарением, в различных организованных мезоструктурах и композициях. [18]
С тех пор исследования в этой области неуклонно росли. Яркими примерами перспективных промышленных применений являются катализ , сорбция, газоанализ, батареи, [19] ионный обмен, оптика и фотогальваника . В области катализа цеолиты являются новой темой, где изучается мезопористость как функция катализатора для улучшения его характеристик для использования в жидкостном каталитическом крекинге .
Следует учитывать, что эта мезопористость относится к классификации наноразмерной пористости, и мезопоры могут определяться по-разному в других контекстах; например, мезопоры определяются как полости размером от 30 до 75 мкм в контексте пористых агрегатов, таких как почва. [20]
