Microporöse

Microporöse Materialien bezeichnet man als solche, deren Poren überwiegend mikroporös sind, das heißt Poren mit Durchmessern kleiner als 2 Nanometer. Die Mikroporen dominieren die Adsorptionskapazität für kleine Moleküle und beeinflussen maßgeblich Diffusionsprozesse in Feststoffen. Im Gegensatz zu mesoporösen (2–50 nm) und makroporösen (>50 nm) Strukturen ermöglichen Mikroporen oft sehr hohe Oberflächen und starke Adsorption, gehen aber mit eingeschränkter Diffusion größerer Moleküle einher.

Typische mikroporöse Materialien umfassen Zeolithe, metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs), Aktivkohlenstoffe und mikroporöse Polymere. Zeolithe sind kristalline Aluminosilikate mit regelmäßig angeordneten Porensystemen. MOFs bestehen aus Metallzentren und organischen Linkern und zeigen oft gezielt steuerbare Mikroporosität. Aktivkohlenstoffe besitzen stark amorphe Mikroporenstrukturen, die eine breite Adsorptionspalette abdecken. Mikroporöse Polymere, darunter Polymere mit intrinsischer Mikroporosität, bieten alternative, lösungsmittelstabile Träger mit hoher Oberflächenverteilung.

Charakterisierung und Messung erfolgen primär durch Gasadsorption. Die Bestimmung der BET-Surface ist gängig, um die spezifische Oberfläche zu quantifizieren; die Porengrößenverteilung wird mit NLDFT-, HK- oder t-Plot-Ansätzen abgeleitet. Für kristalline Mikroporenmaterialien ergänzt Röntgenbeugung (XRD) die Strukturauflösung.

Anwendungen liegen in der Gase

- trennung (z. B. CO2-Abscheidung, H2-Reinigung), Adsorption und Speicherung, Katalyse sowie Energiespeicherung und Sensorik. Mikroporöse Materialien bieten hohe Selektivität für kleine Moleküle, stellen jedoch Diffusionsbarrieren für größere Verbindungen dar. Herausforderungen umfassen Feuchtigkeitsempfindlichkeit, Kosten, Skalierbarkeit und die Optimierung der Porenkombination aus Mikroporen und ggf. Mesoporosität.