Santa Bárbara Amorfo-15

Material mesoporoso ordenado a base de sílice

Muestra típica de polvo SBA-15

SBA-15 , un acrónimo de Santa Barbara Amorphous-15 , es un material mesoporoso ordenado a base de sílice que fue sintetizado por primera vez por investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara en 1998. ^[1] Este material resultó importante para los científicos en varios campos, como las ciencias de los materiales, ^[2] la administración de fármacos, ^[3] la catálisis, ^[4] las pilas de combustible ^[5] y muchos otros debido a sus propiedades deseables y su facilidad de producción.

Procedimiento de síntesis

El procedimiento es una plantilla de cristal líquido típica que consta de tres pasos:

El gel obtenido en la segunda fase de síntesis.

1. Preparación de la solución: Pluronic P123 se disuelve en una solución ácida de agua en proporciones molares específicas ^[6] y se agrega el precursor de sílice, generalmente TEOS o TMOS (a veces EGMS ^[7] ), y se mezcla durante algún tiempo.
2. Tratamiento hidrotermal: La solución se sella en un recipiente y se somete a una temperatura T1 durante aproximadamente 24 horas y luego a una temperatura más alta T2 durante 48 horas.
3. Lavado y calcinación — El gel obtenido en el paso anterior se lava con agua y etanol bajo centrifugación y finalmente se clarifica a unos 550 °C durante 6 horas.

Estructura

El interés en SBA-15 proviene del hecho de que se trata principalmente de mesopuros , lo que significa que los poros están en el rango de 2 nm a 50 nm según la definición de la IUPAC ^[8] y el hecho de que estos poros tienen una estructura bien definida que es de forma cilíndrica en orden hexagonal con sus paredes de poro relativamente gruesas que le dan estabilidad térmica. ^[9]

Las isotermas de sorción de estos materiales, muestran un comportamiento histérico típico , cuyas causas aún se encuentran en discusión. ^[2]

TEM

La microscopía electrónica de transmisión de la muestra muestra los poros cilíndricos pero también resalta el hecho de que los poros de este material presentan deformaciones geométricas.

SAXOS

El patrón de dispersión de rayos X de ángulo pequeño muestra picos de Bragg típicos de la estructura hexagonal del material. Las posiciones de los picos están directamente relacionadas con el parámetro de red .

${\displaystyle q_{hk}={\frac {4\pi }{a{\sqrt {3}}}}{\sqrt {h^{2}+k^{2}+hk}}}$

donde h y k son los índices de Miller .

• 
  TEM de una muestra típica de SBA-15 ^[10]
• 
  Demostración de la estructura hexagonal de SBA-15.
• 
  Patrón de dispersión de rayos X de ángulo pequeño de una muestra de SBA-15 (datos de Haidar et al.) ^[10]
• 
  Muestra típica de isoterma SBA-15, datos de Haidar et al. ^[10]

Referencias

1. Zhao, Dongyuan; Feng, Jianglin; Huo, Qisheng; Melosh, Nicholas; Fredrickson, Glenn H.; Chmelka, Bradley F.; Stucky, Galen D. (23 de enero de 1998). "Síntesis de copolímeros tribloque de sílice mesoporosa con poros periódicos de 50 a 300 angstroms". Science . 279 (5350): 548–552. doi :10.1126/science.279.5350.548. ISSN  0036-8075. PMID  9438845.
2. Haidar, Ali F.; Belet, Artium; Goderis, Bart; Léonard, Alexandre F.; Gommes, Cedric J. (20 de agosto de 2024). "La dispersión de ángulo pequeño indica equilibrio en lugar de condensación capilar metaestable en sílice mesoporosa SBA-15". Langmuir . 40 (33): 17444–17453. doi :10.1021/acs.langmuir.4c01609. hdl : 2268/321325 . ISSN  0743-7463. PMID  39110604.
3. Song, S.-W.; Hidajat, K.; Kawi, S. (1 de octubre de 2005). "Materiales SBA-15 funcionalizados como portadores para la administración controlada de fármacos: influencia de las propiedades de la superficie en las interacciones entre la matriz y el fármaco". Langmuir . 21 (21): 9568–9575. doi :10.1021/la051167e. ISSN  0743-7463. PMID  16207037.
4. Lai, Yuan T.; Chen, Tse C.; Lan, Yi K.; Chen, Bo S.; You, Jiann H.; Yang, Chia M.; Lai, Nien C.; Wu, Jia H.; Chen, Ching S. (7 de noviembre de 2014). "Pt/SBA-15 como catalizador altamente eficiente para la oxidación catalítica del tolueno". ACS Catalysis . 4 (11): 3824–3836. doi :10.1021/cs500733j. ISSN  2155-5435.
5. Chen, Taipu; Chen, Lei; Zhao, Yutong; Hao, Jinkai; Shao, Zhigang (julio de 2024). "Rendimiento mejorado de membranas de intercambio de protones a alta temperatura de celdas de combustible con ácido fosfónico orgánico modificado con SBA-15 de membranas de polibencimidazol". Journal of Membrane Science . 707 : 122948. doi :10.1016/j.memsci.2024.122948.
6. Cao, Liang; Man, Tiffany; Kruk, Michal (24 de marzo de 2009). "Síntesis de sílice SBA-15 de poro ultragrande con estructura hexagonal bidimensional utilizando triisopropilbenceno como expansor micelar". Química de materiales . 21 (6): 1144–1153. doi :10.1021/cm8012733. ISSN  0897-4756.
7. Belet, Artium; Léonard, Alexandre; Heinrichs, Benoit (13 de mayo de 2024). "Datos de sorción y dispersión de ángulos pequeños en materiales SBA-15". dataverse . doi :10.58119/ULG/L8PJJK . Consultado el 13 de mayo de 2024 .
8. Thommes, Matthias; Kaneko, Katsumi; Neimark, Alexander V.; Olivier, James P.; Rodriguez-Reinoso, Francisco; Rouquerol, Jean; Sing, Kenneth SW (1 de octubre de 2015). "Fisisorción de gases, con especial referencia a la evaluación del área superficial y la distribución del tamaño de poro (Informe técnico de la IUPAC)". Química pura y aplicada . 87 (9–10): 1051–1069. doi :10.1515/pac-2014-1117. ISSN  1365-3075.
9. Chaudhary, Vasu; Sharma, Sweta (junio de 2017). "Una descripción general del material mesoporoso ordenado SBA-15: síntesis, funcionalización y aplicación en reacciones de oxidación". Revista de materiales porosos . 24 (3): 741–749. doi :10.1007/s10934-016-0311-z. ISSN  1380-2224.
10. Haidar, Ali F.; Léonard, Alexandre; Gommes, Cedric J. (13 de mayo de 2024). "Datos de sorción y dispersión de ángulos pequeños en materiales mesoporosos". dataverse . doi :10.58119/ULG/S0HYHL . Consultado el 13 de mayo de 2024 .