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material mesoporoso

Imágenes de microscopía electrónica de carbono mesoporoso ordenado que contiene nitrógeno (N-OMC) tomadas (a) a lo largo y (b) perpendicular 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 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 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 reticulares, y esto cambia significativamente la química del estado sólido. Por ejemplo, el rendimiento de la batería de materiales electroactivos mesoporosos es significativamente diferente del de su estructura masiva. [5]

Alrededor de 1970 se patentó un procedimiento para producir materiales mesoporosos (sílice), [6] [7] [8] y en 2015 todavía se utilizaban métodos basados ​​en el proceso Stöber de 1968 [9]. [10] Pasó casi desapercibido [ 11] y se reprodujo en 1997. [12] Las nanopartículas mesoporosas de sílice (MSN) fueron sintetizadas de forma independiente en 1990 por investigadores de Japón. [13] Posteriormente se produjeron también 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 sólo 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] Los materiales mesoporosos también se han producido en forma de películas delgadas mediante autoensamblaje inducido por evaporación, en diferentes mesoestructuras y composiciones organizadas. [18]

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, [19] 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 rendimiento para su uso en craqueo catalítico fluido .

Se debe tener en cuenta que esta mesoporosidad se refiere a la clasificación de 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. [20]

Ver también

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 sobre matriz de carbono mesoporoso ordenado (N-OMC) / PVA dopado con nitrógeno". 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. ^ Mays, TJ (1 de enero de 2007). "Una nueva clasificación de tamaños de poro". Estudios en Ciencias de Superficies y Catálisis . 160 : 57–62. doi :10.1016/S0167-2991(07)80009-7. ISBN 9780444520227. 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 . S2CID  18789898.
  4. ^ Eftekhari, Ali; Zhaoyang, ventilador (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). "Pedido de materiales mesoporosos 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 método" Solicitud nº US 3493341D A presentada el 23 de enero de 1967; Publicación No. US 3493341 A publicada el 03-feb-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-mayo-1968
  9. ^ Stöber, Werner; Fink, Arturo; Bohn, Ernst (1968). "Crecimiento controlado de esferas de sílice monodispersas en el rango de tamaño de micras". Revista de ciencia de interfaces y coloides . 26 (1): 62–69. Código Bib : 1968JCIS...26...62S. doi :10.1016/0021-9797(68)90272-5.
  10. ^ Kicklebik, Guido (2015). "Nanopartículas y Composites". En Levy, David; Zayat, Marcos (eds.). El manual de Sol-Gel: síntesis, caracterización y aplicaciones . vol. 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 afines: síntesis y estructura. Wiley-Interscience . pag. 472.ISBN​ 978-0-470-82233-3.
  12. ^ Direnzo, F; Cambón, 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-kanemita 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; Enlentecimiento, 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 la 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 gracias a avances en el diseño de materiales". Química. Soc. Rdo . 37 (11): 2530–2542. doi :10.1039/b809030k. PMID  18949124.
  17. ^ Pérez-Ramírez, J.; Verboekend, D. (2011). "Diseño de catalizadores jerárquicos de zeolitas por desilicación". Catalán. Ciencia. Tecnología . 1 (6): 879–890. doi :10.1039/C1CY00150G. hdl : 20.500.11850/212833 .
  18. ^ Innocenzi, Plinio (2022). Películas mesoporosas de sílice ordenada. Del automontaje al pedido . Saltador. ISBN 978-3-030-89535-8.
  19. ^ Stein, Andreas (2020). Gitis, Vitaly; Rothenberg, Gadi (eds.). Manual de materiales porosos. vol. 4. Singapur: CIENTÍFICO MUNDIAL. doi :10.1142/11909. ISBN 978-981-12-2322-8.
  20. ^ Comité de términos del glosario de ciencias del suelo (2008). Glosario de términos de la ciencia del suelo 2008. Madison, WI: Sociedad de Ciencias del Suelo de América. ISBN 978-0-89118-851-3.
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