Material mesoporoso

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

Un material mesoporoso es un material que contiene poros con diámetros entre 2 y 50 nm, de acuerdo con la nomenclatura IUPAC.[2]​ Para comparación, IUPAC define material microporoso como un material que tiene poros menores de 2 nm de diámetro y material macroporoso como un material que tiene poros mayores 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 reportado óxidos mesoporosos de niobio, tántalo, titanio, circonio, cerio y estaño. Sin embargo, el buque insignia de los materiales mesoporosos es el carbono mesoporoso, que tiene aplicaciones directas en los dispositivos de almacenamiento de energía.[3]​ El carbono mesoporoso tiene porosidad dentro del rango de mesoporos y esto aumenta significativamente el área superficial específica. Otro material mesoporoso muy común es el Carbón Activado, que generalmente está compuesto por un armazón de carbono con mesoporosidad y microporosidad, dependiendo de las condiciones bajo las cuales fue sintetizado.

Según IUPAC, un material mesoporoso puede desordenarse u ordenarse en una mesoestructura. En los materiales ionorgánicos cristalinos, la estructura mesoporosa limita notablemente el número de unidades de celosía, y esto cambia significativamente la química del estado sólido. Por ejemplo, el rendimiento de la batería de materiales electroactivos mesoporosos es significativamente diferente de la de su estructura a granel.[4]​

Un procedimiento para producir materiales mesoporosos (sílice) fue patentado alrededor de 1970,[5]​[6]​[7]​ y los métodos basados en el proceso de Stöber de 1968[8]​ todavía estaban en uso en 2015.[9]​ Pasó casi desapercibido[10]​ y se reprodujo en 1997.[11]​ Las nanopartículas de sílice mesoporosas (MSN) fueron sintetizadas de forma independiente en 1990 por investigadores en Japón.[12]​ Posteriormente, se produjeron también en los laboratorios de Mobil Corporation[13]​ y se denominaron Mobil Crystalline Materials, o MCM-41.[14]​ 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 mejores propiedades de textura.[15]​[16]​

Desde entonces, la investigación en este campo ha crecido constantemente. Ejemplos notables de aplicaciones industriales prospectivas son catálisis, sorción, detección de gas, intercambio iónico, óptica y fotovoltaica.

Se debe tener en cuenta que esta mesoporosidad se refiere a la clasificación de la porosidad a nanoescala, y los mesoporos se pueden definir de manera diferente en otros contextos; por ejemplo, los mesoporos se definen como cavidades con tamaños en el rango de 30 μm-75 μm en el contexto de agregaciones porosas como el suelo.[17]​

Véase también

Referencias

  1. ↑ Guo, M.; Wang, H.; Huang, D.; Han, Z.; Li, Q.; Wang, X.; Chen, J. (2014). «Amperometric catechol biosensor based on laccase immobilized on nitrogen-doped ordered mesoporous carbon (N-OMC)/PVA matrix». Science and Technology of Advanced Materials 15 (3): 035005. Bibcode:2014STAdM..15c5005G. PMC 5090526. PMID 27877681. doi:10.1088/1468-6996/15/3/035005. 
  2. ↑ Rouquerol, J.; Avnir, D.; Fairbridge, C. W.; Everett, D. H.; Haynes, J. M.; Pernicone, N.; Ramsay, J. D. F.; Sing, K. S. W. et al. (1994). «Recommendations for the characterization of porous solids (Technical Report)». Pure and Applied Chemistry 66 (8). doi:10.1351/pac199466081739. 
  3. ↑ Eftekhari, Ali; Zhaoyang, Fan (2017). «Ordered mesoporous carbon and its applications for electrochemical energy storage and conversion». Materials Chemistry Frontiers 1: 1001-1027. doi:10.1039/C6QM00298F. 
  4. ↑ Eftekhari, Ali (2017). «Ordered Mesoporous Materials for Lithium-Ion Batteries». Microporous and Mesoporous Materials 243: 355-369. doi:10.1016/j.micromeso.2017.02.055. 
  5. ↑ Chiola, V.; Ritsko, J. E. and Vanderpool, C. D. "Process for producing low-bulk density silica." Application No. US 3556725D A filed on 26-Feb-1969; Publication No. US 3556725 A published on 19-Jan-1971
  6. ↑ "Porous silica particles containing a crystallized phase and method" Application No. US 3493341D A filed on 23-Jan-1967; Publication No. US 3493341 A published on 03-Feb-1970
  7. ↑ "Process for producing silica in the form of hollow spheres"; Application No. US 342525 A filed on 04-Feb-1964; Publication No. US 3383172 A published on 14-May-1968
  8. ↑ Stöber, Werner; Fink, Arthur; Bohn, Ernst (1968). «Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range». Journal of Colloid and Interface Science 26 (1): 62-69. Bibcode:1968JCIS...26...62S. doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5. 
  9. ↑ Kicklebick, Guido (2015). «Nanoparticles and Composites». En Levy, David; Zayat, Marcos, eds. The Sol-Gel Handbook: Synthesis, Characterization and Applications 3. John Wiley & Sons. pp. 227-244. ISBN 9783527334865. 
  10. ↑ Xu, Ruren; Pang, Wenqin & Yu, Jihong (2007). Chemistry of zeolites and related porous materials: synthesis and structure. Wiley-Interscience. p. 472. ISBN 0-470-82233-3. 
  11. ↑ Direnzo, F; Cambon, H; Dutartre, R (1997). «A 28-year-old synthesis of micelle-templated mesoporous silica». Microporous Materials 10 (4–6): 283. doi:10.1016/S0927-6513(97)00028-X. 
  12. ↑ Yanagisawa, Tsuneo; Shimizu, Toshio; Kuroda, Kazuyuki; Kato, Chuzo (1990). «The preparation of alkyltrimethylammonium-kanemite complexes and their conversion to microporous materials». Bulletin of the Chemical Society of Japan 63 (4): 988. doi:10.1246/bcsj.63.988. 
  13. ↑ Beck, J. S.; Vartuli, J. C.; Roth, W. J.; Leonowicz, M. E.; Kresge, C. T.; Schmitt, K. D.; Chu, C. T. W.; Olson, D. H. et al. (1992). «A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates». Journal of the American Chemical Society 114 (27): 10834. doi:10.1021/ja00053a020. 
  14. ↑ Trewyn, B. G.; Slowing, I. I.; Giri, S.; Chen, H. T.; Lin, V. S. -Y. (2007). «Synthesis and Functionalization of a Mesoporous Silica Nanoparticle Based on the Sol–Gel Process and Applications in Controlled Release». Accounts of Chemical Research 40 (9): 846-53. PMID 17645305. doi:10.1021/ar600032u. 
  15. ↑ Perez-Ramirez, J.; Christensen, C. H.; Egeblad, K.; Christensen, C. H.; Groen, J. C. (2008). «Hierarchical zeolites: enhanced utilisation of microporous crystals in catalysis by advances in materials design». Chem. Soc. Rev. 37: 2530-2542. doi:10.1039/b809030k. 
  16. ↑ Perez-Ramirez, J.; Verboekend, D. (2011). «Design of hierarchical zeolite catalysts by desilication». Catal. Sci. Technol. 1 (6): 879-890. doi:10.1039/C1CY00150G. 
  17. ↑ Soil Science Glossary Terms Committee (2008). Glossary of Soil Science Terms 2008. Madison, WI: Soil Science Society of America. ISBN 978-0-89118-851-3.