Mesoporosität

Mesoporosität bezeichnet das Vorhandensein von Poren mit Durchmessern im Bereich von ca. 2 bis 50 Nanometern. Sie ergänzt die Mikroporität (<2 nm) und Makroporität (>50 nm) und führt zu einer hohen spezifischen Oberfläche sowie gut durchlässigen Porenstrukturen, die Molekülen den Zugang erleichtern.

Die Mesoporosität wird meist durch Stickstoff-Adsorption bei 77 K charakterisiert. Aus der Adsorptions-Desorptions-Isotherme lassen sich BET-Oberfläche, Gesamtporenvolumen und eine Pore-Size-Distribution ableiten (z. B. BJH oder NLDFT). Typisch sind charakteristische Hysterese-Bänder, die auf mesoporöse Netzwerke hinweisen.

Mesoporöse Materialien umfassen vor allem Silikate wie MCM-41 und SBA-15 sowie verwandte Oxide. Sie entstehen oft durch Soft-Templating mit Strukturgeneratoren wie Surfactants oder durch Hard-Templating. Die Poregröße, Geometrie und das Netzniveau lassen sich durch Wahl des Templates, der Konzentration, Temperatur und Alterungsbedingungen steuern. Typische Oberflächenbereiche liegen im Bereich von mehreren hundert bis über tausend m2/g.

Aufgrund der großen Oberfläche und des gut zugänglichen Porenraums eignen sich mesoporöse Materialien als Katalysatorkomponenten, Träger für Metallnanopartikel, Adsorptions- und Trennmedien, sowie für Arzneimittelabgabe und Energiespeicheranwendungen. Funktionen lassen sich durch Oberflächenfunktionalisierung gezielt anpassen.

Der Begriff entstand in den 1990er-Jahren mit der Entwicklung geordneter mesoporöser Silikate (z. B. M41S-Familie). Herausforderungen betreffen chemische und thermische Stabilität, Reproduzierbarkeit der Porenstruktur sowie Langzeitbeständigkeit in Anwendungssystemen.