Poregrößen

Poregrößen bezeichnet die Abmessungen der Hohlräume in porösen Materialien. Sie beeinflussen maßgeblich, welche Moleküle aufgenommen werden können, wie schnell sie diffundieren und wie effektiv Trennungen, Adsorption oder Katalyse ablaufen. Neben dem Gesamtporenvolumen ist die Verteilung der Größen oft entscheidender als ein einzelner Durchschnittswert.

Nach IUPAC wird zwischen Mikroporen (< 2 Nanometer), Mesoporen (2–50 nm) und Makroporen (> 50 nm) unterschieden. Das Porovolumen beschreibt das von Poren eingenommene Volumen pro Gesamtvolumen und die Porosität das Verhältnis dieses Volumen. Die Poregröße beeinflusst die Diffusionsraten, die Oberflächenverfügbarkeit und die selektive Aufnahme von Molekülen.

Typische Messmethoden sind Gasadsorptionstests zur Bestimmung der spezifischen Oberfläche (BET) und der Poregrößenverteilung (BJH oder NLDFT), Quecksilberintrusion, Small-Angle-X-Ray- oder Streuung (SAXS/SANS) sowie Bildgebungsverfahren wie Elektronenmikroskopie. Aus PSD, Porenvolumen und Oberflächenbereich ergeben sich oft Aussagen zur Funktion eines Materials.

Anwendungsbeispiele umfassen Adsorptions- und Speichermaterialien (Aktivkohle, MOFs, Zeolithe), Katalysatoren, Membranen für Filtration und Trennung, Bau- und Geotechnik (Permeabilität), sowie Sensorik und Biomedizin. Durch gezielte Porenvergrößerung oder -verkleinerung lassen sich Selektivität, Kapazität und Reaktionswege steuern.

Die Herstellung und Verarbeitung beeinflussen die Poregrößen stark: Porenbildner, Trocknungs- oder Aktivierungsschritte, Polymerisation oder Lösungsmittelwechsel verändern PSD und Stabilität. In der Praxis ist die Poregrößenverteilung oft wichtiger als der durchschnittliche Porendurchmesser, da sie Diffusion und Zugänglichkeit maßgeblich bestimmt.