material mesoporoso
Un material mesoporoso (o super nanoporoso [2] ) es un material nanoporoso que contiene poros con diámetros entre 2 y 50 nm, según la nomenclatura IUPAC . [3] A modo de comparación, la IUPAC define el material microporoso como un material que tiene poros de menos de 2 nm de diámetro y el material macroporoso como un material que tiene poros de más de 50 nm de diámetro.
Los materiales mesoporosos típicos incluyen algunos tipos de sílice y alúmina que tienen mesoporos de tamaño similar. También se han informado óxidos mesoporosos de niobio , tantalio , titanio , circonio , cerio y estaño . Sin embargo, el buque insignia de los materiales mesoporosos es el carbono mesoporoso, que tiene aplicaciones directas en dispositivos de almacenamiento de energía. [4] El carbono mesoporoso tiene una porosidad dentro del rango de mesoporos y esto aumenta significativamente el área de superficie específica. Otro material mesoporoso muy común es el carbón activado. que normalmente se compone de una estructura de carbono con mesoporosidad y microporosidad dependiendo de las condiciones en las que se sintetizó.
Según la IUPAC, un material mesoporoso puede estar desordenado u ordenado en una mesoestructura. En los materiales inorgánicos cristalinos, la estructura mesoporosa limita notablemente el número de unidades de red y esto cambia significativamente la química del estado sólido. Por ejemplo, el rendimiento de la batería de los materiales electroactivos mesoporosos es significativamente diferente al de su estructura a granel. [5]
Un procedimiento para producir materiales mesoporosos (sílice) fue patentado alrededor de 1970, [6] [7] [8] y los métodos basados en el proceso Stöber de 1968 [9] todavía estaban en uso en 2015. [10] Pasó casi desapercibido [ 11] y se reprodujo en 1997. [12] Las nanopartículas de sílice mesoporosas (MSN) fueron sintetizadas de forma independiente en 1990 por investigadores en Japón. [13] Más tarde también se produjeron en los laboratorios de Mobil Corporation [14] y se denominaron Mobil Crystalline Materials , o MCM-41. [15]Los métodos sintéticos iniciales no permitían controlar la calidad del nivel secundario de porosidad generado. Fue solo mediante el empleo de cationes de amonio cuaternario y agentes de silanización durante la síntesis que los materiales exhibieron un verdadero nivel de porosidad jerárquica y propiedades texturales mejoradas. [16] [17]
Desde entonces, la investigación en este campo no ha dejado de crecer. Ejemplos notables de posibles aplicaciones industriales son la catálisis , la sorción, la detección de gases, las baterías, [18] el intercambio iónico, la óptica y la energía fotovoltaica . En el campo de la catálisis, las zeolitas son un tema emergente donde se estudia la mesoporosidad en función del catalizador para mejorar su desempeño para su uso en el craqueo catalítico de fluidos .
Debe tenerse en cuenta que esta mesoporosidad se refiere a la clasificación de la porosidad a nanoescala, y los mesoporos pueden definirse de manera diferente en otros contextos; por ejemplo, los mesoporos se definen como cavidades con tamaños en el rango de 30 μm a 75 μm en el contexto de agregaciones porosas como el suelo. [19]
