Mesoporøse

Mesoporøse refererer til materialer som har porer med diametre mellom omtrent 2 og 50 nanometer. Begrepet brukes ofte om mesopore-strukturerte materialer, spesielt mesopors silica og andre silikabaserte rammer, men kan også applies på organiske og metalloksid-baserte systemer. Mesoporøse materialer skiller seg fra microporøse materialer (<2 nm) og makroporøse materialer (>50 nm) ved en kombinasjon av høy overflate og relativt god masseuttak.

Egenskaper og struktur

Mesoporøse materialer har høy spesifikk overflate og betydelig porvolum, som gjør dem godt egnet som støtte for katalysatorer og til adsorpsjon. De mesostrukturerte forbindelsene kan være ordnet i regelmessige nettverk, ofte med hexagonal eller kubisk symmetri. Poreveggene er vanligvis tynne, noe som gir lavere densitet og god diffusjon av større molekyler gjennom porene. Porestørrelsen og kontroll av poreforbindelser kan tilpasses ved valg av templater og syntesevilkår.

Syntese

Hovedstrategier er soft templating og hard templating. Soft templating bruker selvorganiserende overflateaktive molekyler (for eksempel CTAB eller Pluronic-surfaktanter) sammen med silikakilder (som TEOS) i sure eller basiske medier for å danne ordnet mesostruktur. Etter syntese fjernes templaten ved varmebehandling eller løsemiddeluttak. Hard templating bruker faste skjematempater som blir fjernet etter syntesen. Kjente eksempler er MCM-41 og SBA-15 for silikabaserte mesoporøse materialer.

Anvendelser

På grunn av kombinasjonen av høy overflate og tilgjengelige porer brukes mesoporøse materialer som katalysatorstøtter, adsorbenter og selektive separasjonsmedier. De benyttes også i drug delivery, sensorteknologi og i energielementer som superkondensatorer, samt i miljø- og fotokatalyseapplikasjoner. Syntese og stabilitet under operasjon er viktige designfaktorer, spesielt i vannrike eller varme omgivelser.

Utfordringer

Utfordringer inkluderer å bevare pore-strukturen under behandling og bruk, kontroll av pore-connectivity og størrelse, og skalerbarhet. Hydrotermisk stabilitet og temperaturkrav ved destruksjon av templaten er også sentrale hensyn.

Eksempler

Typiske materialer er mesoporøs silica som MCM-41 og SBA-15, samt mesoporøse karbon- og titanoksidbaserte systemer.