Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электронно-микроскопические изображения азотсодержащего упорядоченного мезопористого углерода (N-OMC), снятые (а) вдоль и (б) перпендикулярно направлению канала. [1]

Мезопористый материал представляет собой материал , содержащий поры диаметром от 2 до 50 нм, в соответствии с IUPAC номенклатуре. [2] Для сравнения, IUPAC 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 диоксида кремния и оксида алюминия, которые имеют мезопоры аналогичного размера. Сообщалось также о мезопористых оксидах ниобия , тантала , титана , циркония , церия и олова . 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. Еще один очень распространенный мезопористый материал - 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 батареи мезопористых электроактивных материалов значительно отличаются от характеристик их объемной структуры. [4]

Процедура производства мезопористых материалов (кремнезема) была запатентована примерно в 1970 году [5] [6] [7], а методы, основанные на процессе Штёбера с 1968 года [8], все еще использовались в 2015 году. [9] Это осталось почти незамеченным [ 10] и был воспроизведен в 1997 году. [11] Мезопористые наночастицы кремнезема (MSN) были независимо синтезированы в 1990 году исследователями в Японии. [12] Позже они были произведены также в лабораториях Mobil Corporation [13] и получили название Mobil Crystalline Materials , или MCM-41. [14]Первоначальные методы синтеза не позволяли контролировать качество вторичного уровня генерируемой пористости. Только при использовании катионов четвертичного аммония и силанизирующих агентов 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 перспективных промышленных применений являются катализ , сорбция, газоанализ, батареи, [17] ионный обмен, оптика и фотоэлектрическая энергия . В области катализа цеолиты - это новая тема, в которой изучается мезопористость как функция катализатора с целью улучшения его характеристик для использования при каталитическом крекинге в псевдоожиженном слое .

Следует принять 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]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Го, М .; Wang, H .; Huang, D .; Han, Z .; Li, Q .; Ван, X .; Чен, Дж. (2014). «Амперометрический катехоловый биосенсор на основе лакказы, иммобилизованной на упорядоченной мезопористой углеродной (N-OMC) углеродной матрице, легированной азотом» . Наука и технология перспективных материалов . 15 (3): 035005. Bibcode : 2014STAdM..15c5005G . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 15/3/035005 . PMC  5090526 . PMID  27877681 .
  2. ^ Rouquerol, J .; Авнир, Д .; Фэйрбридж, CW; Эверетт, DH; Хейнс, JM; Pernicone, N .; Рамзи, JDF; Sing, KSW; Унгер, К.К. (1994). «Рекомендации по определению характеристик пористых твердых тел (Технический отчет)». Чистая и прикладная химия . 66 (8): 1739–1758. DOI : 10,1351 / pac199466081739 .
  3. ^ Эфтехари, Али; Чжаоян, Фань (2017). «Заказанный мезопористый углерод и его применение для электрохимического накопления и преобразования энергии». Materials Chemistry Frontiers . 1 (6): 1001–1027. DOI : 10.1039 / C6QM00298F .
  4. ^ Эфтехари, Али (2017). «Заказанные мезопористые материалы для литий-ионных аккумуляторов». Микропористые и мезопористые материалы . 243 : 355–369. DOI : 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 получения кремнезема в форме 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 . DOI : 10.1016 / 0021-9797 (68) 90272-5 .
  9. ^ Kicklebick, Гвидо (2015). «Наночастицы и композиты» . В Леви, Дэвид; Заят, Маркос (ред.). Справочник по золь-гелю: синтез, характеристика и применение . 3 . Джон Вили 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. ^ Дирензо, F; Камбон, Н; Дутартр, Р. (1997). «28-летний синтез мезопористого кремнезема с матрицами мицелл». Микропористые материалы . 10 (4-6): 283. DOI : 10.1016 / S0927-6513 (97) 00028-X .
  12. ↑ Янагисава, Цунео; Симидзу, Тошио; Курода, Казуюки; Като, Тюдзо (1990). «Получение комплексов алкилтриметиламмоний-канемит и их превращение в микропористые материалы» . Бюллетень химического общества Японии . 63 (4): 988. DOI : 10,1246 / bcsj.63.988 .
  13. ^ Бек, JS; Вартули, ЮК; Рот, WJ; Леонович, Мэн; Кресдж, Коннектикут; Schmitt, KD; Чу, CTW; Олсон, Д.Х .; Шеппард, EW (1992). «Новое семейство мезопористых молекулярных сит, приготовленных из жидкокристаллических шаблонов». Журнал Американского химического общества . 114 (27): 10834. DOI : 10.1021 / ja00053a020 .
  14. ^ Trewyn, BG; Замедление, II; Giri, S .; Чен, HT; Лин ВС -Ю. (2007). «Синтез и функционализация мезопористой наночастицы кремнезема на основе золь-гель процесса и применения в контролируемом высвобождении» . Счета химических исследований . 40 (9): 846–53. DOI : 10.1021 / ar600032u . PMID 17645305 . 
  15. ^ Перес-Рамирес, Дж .; Кристенсен, Швейцария; Egeblad, K .; Кристенсен, Швейцария; Гроен, JC (2008). «Иерархические цеолиты: расширенное использование микропористых кристаллов в катализе благодаря достижениям в дизайне материалов». Chem. Soc. Ред . 37 (11): 2530–2542. DOI : 10.1039 / b809030k . PMID 18949124 . 
  16. ^ Перес-Рамирес, Дж .; Вербёкенд, Д. (2011). «Дизайн иерархических цеолитных катализаторов обескремниванием». Катал. Sci. Technol . 1 (6): 879–890. DOI : 10.1039 / C1CY00150G . ЛВП : 20.500.11850 / 212833 .
  17. ^ Штейн, Андреас (2020). Гитис, Виталий; Ротенберг, Гади (ред.). Справочник по пористым материалам . 4 . Сингапур: МИРОВОЙ НАУЧНЫЙ. DOI : 10.1142 / 11909 . ISBN 978-981-12-2322-8.
  18. ^ Комитет терминов глоссария почвоведения (2008). Словарь терминов почвоведения 2008 . Мэдисон, Висконсин: Американское общество почвоведов. ISBN 978-0-89118-851-3.