Material mesoporoso

Imágenes de microscopía electrónica de carbono mesoporoso ordenado que contiene nitrógeno (N-OMC) tomadas (a) a lo largo y (b) perpendiculares a la dirección del canal. ^[1]

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 material microporoso como un material que tiene poros de menos de 2 nm de diámetro y 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 del mesoporo y esto aumenta significativamente el área de superficie específica. Otro material mesoporoso muy común es el carbón activado. que se compone típicamente de una estructura de carbono con mesoporosidad y microporosidad dependiendo de las condiciones bajo las cuales se sintetizó.

Según la IUPAC, un material mesoporoso puede estar desordenado u ordenado en una mesoestructura. En 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 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 fue reproducido en 1997. ^[12] Las nanopartículas de sílice mesoporosa (MSN) fueron sintetizadas independientemente en 1990 por investigadores en Japón. ^[13] Posteriormente 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 permitieron 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 de textura mejoradas. ^{[16] [17]}

Desde entonces, la investigación en este campo no ha dejado de crecer. Ejemplos notables de aplicaciones industriales potenciales son catálisis , sorción, de detección de gas, baterías, ^[18] de intercambio iónico, la óptica y 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 fluido .

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]

Ver también

• Caracterización del espacio poroso en el suelo.
• Materiales nanoporosos
• Sílice mesoporosa
• Dióxido de silicio

Referencias

1. Guo, M .; Wang, H .; Huang, D .; Han, Z .; Li, Q .; Wang, X .; Chen, J. (2014). "Biosensor amperométrico de catecol basado en lacasa inmovilizada en matriz de carbono mesoporoso ordenado dopado con nitrógeno (N-OMC) / PVA" . Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 15 (3): 035005. Código bibliográfico : 2014STAdM..15c5005G . doi : 10.1088 / 1468-6996 / 15/3/035005 . PMC  5090526 . PMID  27877681 .
2. "Una nueva clasificación de tamaños de poros" . Estudios en ciencia de superficies y catálisis . 160 : 57–62. 2007-01-01. doi : 10.1016 / S0167-2991 (07) 80009-7 . ISSN 0167-2991 . 
3. Rouquerol, J .; Avnir, D .; Fairbridge, CW; Everett, DH; Haynes, JM; Pernicone, N .; Ramsay, JDF; Canta, KSW; Unger, KK (1994). "Recomendaciones para la caracterización de sólidos porosos (Informe técnico)". Química pura y aplicada . 66 (8): 1739-1758. doi : 10.1351 / pac199466081739 .
4. Eftekhari, Ali; Zhaoyang, Fan (2017). "Carbón mesoporoso ordenado y sus aplicaciones para el almacenamiento y conversión de energía electroquímica". Fronteras de la química de materiales . 1 (6): 1001–1027. doi : 10.1039 / C6QM00298F .
5. Eftekhari, Ali (2017). "Materiales mesoporosos pedidos para baterías de iones de litio". Materiales microporosos y mesoporosos . 243 : 355–369. doi : 10.1016 / j.micromeso.2017.02.055 .
6. Chiola, V .; Ritsko, JE y Vanderpool, CD "Proceso para producir sílice de baja densidad aparente". Solicitud No. US 3556725D A presentada el 26 de febrero de 1969; Publicación No. US 3556725 A publicada el 19 de enero de 1971
7. "Partículas de sílice porosa que contienen una fase cristalizada y un método" Solicitud nº US 3493341D A presentada el 23 de enero de 1967; Publicación núm. US 3493341 A publicada el 03 de febrero de 1970
8. "Proceso de producción de sílice en forma de esferas huecas" ; Solicitud No. US 342525 A presentada el 4 de febrero de 1964; Publicación No. US 3383172 A publicada el 14 de mayo de 1968
9. Stöber, Werner; Fink, Arthur; Bohn, Ernst (1968). "Crecimiento controlado de esferas de sílice monodispersas en el rango de tamaño de micras". Revista de ciencia coloide y de interfaz . 26 (1): 62–69. Código Bibliográfico : 1968JCIS ... 26 ... 62S . doi : 10.1016 / 0021-9797 (68) 90272-5 .
10. Kicklebick, Guido (2015). "Nanopartículas y composites" . En Levy, David; Zayat, Marcos (eds.). El manual de Sol-Gel: síntesis, caracterización y aplicaciones . 3 . John Wiley e hijos . págs. 227–244. ISBN 9783527334865.
11. Xu, Ruren; Pang, Wenqin y Yu, Jihong (2007). Química de zeolitas y materiales porosos relacionados: síntesis y estructura . Wiley-Interscience . pag. 472. ISBN 978-0-470-82233-3.
12. Direnzo, F; Cambon, H; Dutartre, R (1997). "Una síntesis de 28 años de sílice mesoporosa con plantilla de micelas". Materiales microporosos . 10 (4–6): 283. doi : 10.1016 / S0927-6513 (97) 00028-X .
13. Yanagisawa, Tsuneo; Shimizu, Toshio; Kuroda, Kazuyuki; Kato, Chuzo (1990). "La preparación de complejos de alquiltrimetilamonio-canemita y su conversión en materiales microporosos" . Boletín de la Sociedad Química de Japón . 63 (4): 988. doi : 10.1246 / bcsj.63.988 .
14. Beck, JS; Vartuli, JC; Roth, WJ; Leonowicz, ME; Kresge, CT; Schmitt, KD; Chu, CTW; Olson, DH; Sheppard, EW (1992). "Una nueva familia de tamices moleculares mesoporosos preparados con plantillas de cristal líquido". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 114 (27): 10834. doi : 10.1021 / ja00053a020 .
15. Trewyn, BG; Disminución de la velocidad, II; Giri, S .; Chen, HT; Lin, VS -Y. (2007). "Síntesis y funcionalización de una nanopartícula de sílice mesoporosa basada en el proceso Sol-Gel y aplicaciones en liberación controlada" . Cuentas de Investigación Química . 40 (9): 846–53. doi : 10.1021 / ar600032u . PMID 17645305 . 
16. Pérez-Ramírez, J .; Christensen, CH; Egeblad, K .; Christensen, CH; Groen, JC (2008). "Zeolitas jerárquicas: utilización mejorada de cristales microporosos en catálisis por avances en el diseño de materiales". Chem. Soc. Rev . 37 (11): 2530-2542. doi : 10.1039 / b809030k . PMID 18949124 . 
17. Pérez-Ramírez, J .; Verboekend, D. (2011). "Diseño de catalizadores zeolíticos jerárquicos por desilicación". Catal. Sci. Technol . 1 (6): 879–890. doi : 10.1039 / C1CY00150G . hdl : 20.500.11850 / 212833 .
18. Stein, Andreas (2020). Gitis, Vitaly; Rothenberg, Gadi (eds.). Manual de materiales porosos . 4 . Singapur: CIENTÍFICO MUNDIAL. doi : 10.1142 / 11909 . ISBN 978-981-12-2322-8.
19. Comité de términos del glosario de ciencia del suelo (2008). Glosario de términos de la ciencia del suelo 2008 . Madison, WI: Sociedad Estadounidense de Ciencias del Suelo. ISBN 978-0-89118-851-3.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con materiales mesoporosos .