Mesoporeuze

Mesoporeuze materialen zijn materialen met een poreuze structuur waarin de porengrootte tussen 2 en 50 nanometer ligt, volgens de IUPAC-definitie. Dit mesoporenbereik ligt tussen microporeuze materialen (<2 nm) en macroporeuze (>50 nm). De combinatie van een hoge specifieke oppervlakte en regelmatige poriekanalen maakt ze bijzonder geschikt voor toepassingen in katalyse, adsorptie en geneesmiddeltransport.

Voorbeelden zijn mesoporeuze silica-structuren zoals MCM-41, MCM-48 en SBA-15. Ook bestaan er mesoporeuze metalen-oxide- en koolstofgebaseerde materialen. De poreuze orde en uniformiteit ontstaat doorgaans door templating: een structuurdirecteur zoals een oppervlakteactieve stof of een blokcopolimeer vormt micellen of kanalen waarop de poreuze structuur wordt opgebouwd; na verwijdering van de template door calcination of solvent extraction blijven regelmatige poriën achter.

Synthetese vindt meestal plaats via sol-gelprocessen in aanwezigheid van een structuurdirecteur. Bijvoorbeeld, CTAB wordt gebruikt om MCM-41 een hexagonale orde te geven, terwijl SBA-15 vaak wordt gesynthetiseerd met de blokcopolymeer Pluronic P123, wat leidt tot grotere poriegroottes en dikkere wanddikte.

Characterisering gebeurt doorgaans met stikstofadsorptie-desorptie (BET) om oppervlak en poreus volume te bepalen, evenals pore size distribution; TEM en SAXS leveren informatie over orde op nanoschaal.

Toepassingen omvatten katalyse, adsorptie en scheiding, drug delivery met mesoporeuze silica-nanodeeltjes, sensoren en onderdelen van energieopslag.

Uitdagingen zijn onder meer stabiliteit onder operationele condities, hydrolyse-gevoeligheid, en de kosten en schaalbaarheid van productie, evenals functionalisatie van het poreuze oppervlak.