Mezoporézní materiál - Mesoporous material - Wikipedia

Obrázky elektronové mikroskopie uspořádaného mezoporézního uhlíku obsahujícího dusík (N-OMC) pořízené (a) podél a (b) kolmo ke směru kanálu.[1]

A mezoporézní materiál je materiál obsahující póry s průměry mezi 2 a 50 nm, podle IUPAC nomenklatura.[2] Pro srovnání definuje IUPAC mikroporézní materiál jako materiál s póry menšími než 2 nm v průměru a makroporézní materiál jako materiál mající póry větší než 50 nm v průměru.

Typické mezoporézní materiály zahrnují některé druhy oxid křemičitý a oxid hlinitý které mají podobně velké mezopóry. Oxidy mezoporéz niob, tantal, titan, zirkonium, cer a cín byly také hlášeny. Vlajkovou lodí mezoporézních materiálů je však mezoporézní uhlík, který má přímé uplatnění v zařízeních pro skladování energie.[3] Mezoporézní uhlík má porozitu v mezopórovém rozmezí, což významně zvyšuje specifický povrch. Dalším velmi běžným mezoporézním materiálem je aktivní uhlí který se obvykle skládá z uhlíkové kostry s mezoporozitou i mikroporozitou v závislosti na podmínkách, za kterých byl syntetizován.

Podle IUPAC může být mezoporézní materiál narušen nebo uspořádán v mezostruktuře. V krystalických anorganických materiálech mezoporézní struktura znatelně omezuje počet mřížkových jednotek, což významně mění chemii v pevném stavu. Například výkon baterie mezoporézních elektroaktivních materiálů se výrazně liší od výkonu jejich objemové struktury.[4]

Postup výroby mezoporézních materiálů (oxid křemičitý) byl patentován kolem roku 1970,[5][6][7] a metody založené na Stöberův proces z roku 1968[8] byly v roce 2015 stále používány.[9] Šlo to téměř bez povšimnutí[10] a byla reprodukována v roce 1997.[11] Mezoporézní nanočástice oxidu křemičitého (MSN) byly nezávisle syntetizovány v roce 1990 vědci v Japonsku.[12] Později byly vyrobeny také v laboratořích společnosti Mobil Corporation[13] a pojmenovaný Mobil krystalické materiály nebo MCM-41.[14] Počáteční syntetické metody neumožňovaly kontrolovat kvalitu generované sekundární úrovně poréznosti. Bylo to jen zaměstnáním kvartérní amoniové kationty a silanizační činidla během syntézy materiály vykazovaly skutečnou úroveň hierarchické pórovitosti a zlepšené texturní vlastnosti.[15][16]

Od té doby se výzkum v této oblasti neustále rozrůstá. Pozoruhodné příklady budoucích průmyslových aplikací jsou katalýza, sorpce, snímání plynu, baterie,[17] iontová výměna, optika, a fotovoltaika. V oblasti katalýzy jsou zeolity objevujícím se tématem, kde je studována mezoporozita jako funkce katalyzátoru, aby se zlepšila jeho účinnost pro použití v Fluidní katalytické krakování.

Je třeba vzít v úvahu, že tato mezoporozita odkazuje na klasifikaci porozity v nanoměřítku a mezopóry mohou být definovány odlišně v jiných kontextech; například mezopóry jsou definovány jako dutiny s velikostí v rozmezí 30 μm – 75 μm v kontextu porézních agregací, jako je půda.[18]

Viz také

Reference

  1. ^ Guo, M .; Wang, H .; Huang, D .; Han, Z .; Li, Q .; Wang, X .; Chen, J. (2014). „Amperometrický katecholový biosenzor na bázi laku imobilizovaného na dusíkem dopované objednané mezoporézní uhlíkové (N-OMC) / PVA matrici“. Věda a technologie pokročilých materiálů. 15 (3): 035005. Bibcode:2014STAdM..15c5005G. doi:10.1088/1468-6996/15/3/035005. PMC  5090526. PMID  27877681.
  2. ^ Rouquerol, J .; Avnir, D .; Fairbridge, C. W .; Everett, D. H .; Haynes, J. M .; Pernicone, N .; Ramsay, J. D. F .; Sing, K. S. W .; Unger, K. K. (1994). "Doporučení pro charakterizaci porézních pevných látek (technická zpráva)". Čistá a aplikovaná chemie. 66 (8): 1739–1758. doi:10.1351 / pac199466081739.
  3. ^ Eftekhari, Ali; Zhaoyang, Fan (2017). „Objednaný mezoporézní uhlík a jeho aplikace pro skladování a přeměnu elektrochemické energie“. Materiálová chemie Frontiers. 1 (6): 1001–1027. doi:10.1039 / C6QM00298F.
  4. ^ Eftekhari, Ali (2017). "Objednané mezoporézní materiály pro lithium-iontové baterie". Mikroporézní a mezoporézní materiály. 243: 355–369. doi:10.1016 / j.micromeso.2017.02.055.
  5. ^ Chiola, V .; Ritsko, J. E. a Vanderpool, C. D. „Proces výroby oxidu křemičitého s nízkou objemovou hmotností.“ Přihláška č. US 3556725D A podaná 26. února 1969; Publikace č. US 3556725 A publikovaná 19. ledna 1971
  6. ^ „Porézní částice oxidu křemičitého obsahující krystalizovanou fázi a způsob“ Přihláška č. US 3493341D A podaná 23. ledna 1967; Publikace č. US 3493341 A publikovaná 3. února 1970
  7. ^ „Proces výroby oxidu křemičitého ve formě dutých kuliček“; Přihláška č. US 342525 A podaná 4. února 1964; Publikace č. US 3383172 A publikovaná 14. května 1968
  8. ^ Stöber, Werner; Fink, Arthur; Bohn, Ernst (1968). "Řízený růst koulí monodisperzního oxidu křemičitého v rozmezí velikosti mikronů". Journal of Colloid and Interface Science. 26 (1): 62–69. Bibcode:1968JCIS ... 26 ... 62S. doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  9. ^ Kicklebick, Guido (2015). „Nanočástice a kompozity“. V Levy, David; Zayat, Marcos (eds.). Příručka pro sol-gel: Syntéza, charakterizace a aplikace. 3. John Wiley & Sons. str. 227–244. ISBN  9783527334865.
  10. ^ Xu, Ruren; Pang, Wenqin & Yu, Jihong (2007). Chemie zeolitů a příbuzných porézních materiálů: syntéza a struktura. Wiley-Interscience. p. 472. ISBN  978-0-470-82233-3.
  11. ^ Direnzo, F; Cambon, H; Dutartre, R (1997). „28letá syntéza mezoporézního oxidu křemičitého s templátem“. Mikroporézní materiály. 10 (4–6): 283. doi:10.1016 / S0927-6513 (97) 00028-X.
  12. ^ Yanagisawa, Tsuneo; Shimizu, Toshio; Kuroda, Kazujuki; Kato, Chuzo (1990). „Příprava komplexů alkyltrimethylamonium-kanemit a jejich přeměna na mikroporézní materiály“. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 63 (4): 988. doi:10,1246 / bcsj.63.988.
  13. ^ Beck, J. S .; Vartuli, J. C .; Roth, W. J .; Leonowicz, M.E .; Kresge, C. T .; Schmitt, K. D .; Chu, C. T. W .; Olson, D. H .; Sheppard, E. W. (1992). "Nová rodina mezoporézních molekulárních sít připravených pomocí šablon z tekutých krystalů". Journal of the American Chemical Society. 114 (27): 10834. doi:10.1021 / ja00053a020.
  14. ^ Trewyn, B. G .; Zpomalení, I. I .; Giri, S .; Chen, H. T .; Lin, V. S. -Y. (2007). "Syntéza a funkcionalizace mezoporézní nanočástice oxidu křemičitého na základě procesu sol-gel a aplikací v řízeném uvolňování". Účty chemického výzkumu. 40 (9): 846–53. doi:10.1021 / ar600032u. PMID  17645305.
  15. ^ Perez-Ramirez, J .; Christensen, C. H .; Egeblad, K .; Christensen, C. H .; Groen, J. C. (2008). „Hierarchické zeolity: vylepšené využití mikroporézních krystalů při katalýze díky pokroku v konstrukci materiálů“. Chem. Soc. Rev. 37 (11): 2530–2542. doi:10.1039 / b809030k. PMID  18949124.
  16. ^ Perez-Ramirez, J .; Verboekend, D. (2011). "Návrh hierarchických zeolitových katalyzátorů desilikací". Catal. Sci. Technol. 1 (6): 879–890. doi:10.1039 / C1CY00150G. hdl:20.500.11850/212833.
  17. ^ Stein, Andreas (2020). Gitis, Vitaly; Rothenberg, Gadi (eds.). Příručka porézních materiálů. 4. Singapur: WORLD SCIENTIFIC. doi:10.1142/11909. ISBN  978-981-12-2322-8.
  18. ^ Výbor pro podmínky glosáře půdní vědy (2008). Glosář pojmů vědy o půdě 2008. Madison, WI: Soil Science Society of America. ISBN  978-0-89118-851-3.