stringtranslate.com

Мезопористый материал

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

Мезопористый материал (или супернанопористый [2] ) — это нанопористый материал , содержащий поры диаметром от 2 до 50 нм, согласно номенклатуре IUPAC . [3] Для сравнения, ИЮПАК определяет микропористый материал как материал с порами диаметром менее 2 нм, а макропористый материал как материал с порами диаметром более 50 нм.

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 пределах мезопор, что значительно увеличивает удельную площадь поверхности. Другим очень распространенным мезопористым материалом является активированный уголь , который обычно состоит из углеродного каркаса, обладающего как мезопористостью, так 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 аккумуляторов из мезопористых электроактивных материалов существенно отличаются от характеристик их объемной структуры. [5]

Процедура производства мезопористых материалов (кремнезема) была запатентована примерно в 1970 году [6] [7] [8], а методы, основанные на процессе Штёбера с 1968 года [9], все еще использовались в 2015 году . [10] Это осталось почти незамеченным [ 11] и был воспроизведен в 1997 году. [12] Наночастицы мезопористого кремнезема (MSN) были независимо синтезированы в 1990 году исследователями из Японии. [13] Позже они производились также в лабораториях корпорации Mobil [14] и назывались Mobil Crystalline Materials , или MCM-41. [15] Первоначальные синтетические методы не позволяли контролировать качество образующегося 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 составах. [18]

С тех пор исследования в этой области неуклонно расширяются. Яркими примерами перспективного промышленного применения являются катализ , сорбция, газовое зондирование, батареи, [19] ионный обмен, оптика и фотоэлектрическая энергетика . В области катализа цеолиты являются новой темой, в которой изучается мезопористость как функция катализатора с целью улучшения его характеристик для использования в жидкостном каталитическом крекинге .

Следует принять во внимание, что эта мезопористость относится к классификации наноразмерной пористости, а в других контекстах мезопоры могут определяться по-другому; например, мезопоры определяются как полости размером от 30 до 75 мкм в контексте пористых агрегатов, таких как почва. [20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Го, М.; Ван, Х.; Хуанг, Д.; Хан, З.; Ли, К.; Ван, X.; Чен, Дж. (2014). «Амперометрический биосенсор катехола на основе лакказы, иммобилизованной на матрице упорядоченного мезопористого углерода (N-OMC)/ПВС, легированного азотом». Наука и технология перспективных материалов . 15 (3): 035005. Бибкод : 2014STAdM..15c5005G. дои : 10.1088/1468-6996/15/3/035005. ПМК  5090526 . ПМИД  27877681.
  2. ^ Мэйс, ТиДжей (1 января 2007 г.). «Новая классификация размеров пор». Исследования в области науки о поверхности и катализа . 160 : 57–62. дои : 10.1016/S0167-2991(07)80009-7. ISBN 9780444520227. ISSN  0167-2991.
  3. ^ Рукерол, Дж.; Авнир, Д.; Фэрбридж, штат Вашингтон; Эверетт, Д.Х.; Хейнс, Дж. М.; Перникон, Н.; Рамзи, JDF; Синг, KSW; Унгер, К.К. (1994). «Рекомендации по характеристике пористых тел (Технический отчет)». Чистая и прикладная химия . 66 (8): 1739–1758. дои : 10.1351/pac199466081739 . S2CID  18789898.
  4. ^ Эфтекхари, Али; Чжаоян, Фань (2017). «Упорядоченный мезопористый углерод и его применение для хранения и преобразования электрохимической энергии». Границы химии материалов . 1 (6): 1001–1027. дои : 10.1039/C6QM00298F.
  5. ^ Эфтехари, Али (2017). «Упорядоченные мезопористые материалы для литий-ионных аккумуляторов». Микропористые и мезопористые материалы . 243 : 355–369. doi :10.1016/j.micromeso.2017.02.055.
  6. ^ Чиола, В.; Рицко, Дж. Э. и Вандерпул, К. Д. «Процесс производства кремнезема с низкой объемной плотностью». Заявка № US 3556725D A, поданная 26 февраля 1969 г.; Публикация № US 3556725 A, опубликованная 19 января 1971 г.
  7. ^ «Частицы пористого кремнезема, содержащие кристаллическую фазу, и способ» Заявка № US 3493341D A, поданная 23 января 1967 г.; Публикация № US 3493341 A, опубликованная 3 февраля 1970 г.
  8. ^ «Процесс производства кремнезема в виде полых сфер»; Заявка № US 342525 А, поданная 4 февраля 1964 г.; Публикация № US 3383172 A, опубликованная 14 мая 1968 г.
  9. ^ Штёбер, Вернер; Финк, Артур; Бон, Эрнст (1968). «Контролируемый рост сфер монодисперсного кремнезема в микронном диапазоне размеров». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 26 (1): 62–69. Бибкод : 1968JCIS...26...62S. дои : 10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  10. ^ Киклебик, Гвидо (2015). «Наночастицы и композиты». В Леви, Дэвид; Заят, Маркос (ред.). Справочник по золь-гелю: синтез, характеристика и применение . Том. 3. Джон Уайли и сыновья . стр. 227–244. ISBN 9783527334865.
  11. ^ Сюй, Рурен; Пан, Вэньцинь и Ю, Цзихун (2007). Химия цеолитов и родственных им пористых материалов: синтез и строение. Уайли-Интерсайенс . п. 472. ИСБН 978-0-470-82233-3.
  12. ^ Дирензо, Ф; Камбон, Х; Дютартр, Р. (1997). «28-летний синтез мезопористого кремнезема с мицеллярной матрицей». Микропористые материалы . 10 (4–6): 283. doi : 10.1016/S0927-6513(97)00028-X.
  13. ^ Янагисава, Цунео; Симидзу, Тосио; Курода, Казуюки; Като, Чузо (1990). «Получение алкилтриметиламмоний-канемитовых комплексов и их преобразование в микропористые материалы». Бюллетень Химического общества Японии . 63 (4): 988. doi : 10.1246/bcsj.63.988 .
  14. ^ Бек, Дж. С.; Вартули, Дж. К.; Рот, WJ; Леонович, МЭ; Кресге, Коннектикут; Шмитт, К.Д.; Чу, CTW; Олсон, Д.Х.; Шеппард, EW (1992). «Новое семейство мезопористых молекулярных сит, приготовленных с использованием жидкокристаллических шаблонов». Журнал Американского химического общества . 114 (27): 10834. doi :10.1021/ja00053a020.
  15. ^ Тревин, Б.Г.; Замедление, II; Гири, С.; Чен, ХТ; Лин, В.С.-Ю. (2007). «Синтез и функционализация мезопористых кремнеземных наночастиц на основе золь-гель-процесса и их применение в контролируемом высвобождении». Отчеты о химических исследованиях . 40 (9): 846–53. дои : 10.1021/ar600032u. ПМИД  17645305.
  16. ^ Перес-Рамирес, Дж.; Кристенсен, Швейцария; Эгеблад, К.; Кристенсен, Швейцария; Гроен, Дж. К. (2008). «Иерархические цеолиты: расширенное использование микропористых кристаллов в катализе благодаря достижениям в разработке материалов». хим. Соц. Преподобный . 37 (11): 2530–2542. дои : 10.1039/b809030k. ПМИД  18949124.
  17. ^ Перес-Рамирес, Дж.; Вербукенд, Д. (2011). «Проектирование иерархических цеолитовых катализаторов методом десиликации». Катал. наук. Технол . 1 (6): 879–890. дои : 10.1039/C1CY00150G. hdl : 20.500.11850/212833 .
  18. ^ Инноченци, Плинио (2022). Мезопористые упорядоченные пленки кремнезема. От самостоятельной сборки до заказа . Спрингер. ISBN 978-3-030-89535-8.
  19. ^ Штейн, Андреас (2020). Гитис, Виталий; Ротенберг, Гади (ред.). Справочник пористых материалов. Том. 4. Сингапур: ВСЕМИРНАЯ НАУЧНАЯ. дои : 10.1142/11909. ISBN 978-981-12-2322-8.
  20. ^ Комитет по терминам глоссария почвоведения (2008). Глоссарий терминов почвоведения, 2008 г. Мэдисон, Висконсин: Американское общество почвоведения. ISBN 978-0-89118-851-3.
Викискладе есть медиафайлы, связанные с мезопористыми материалами .