Мезопористый материал

Мезопористый материал

Мезопористые материалы: что это такое и как они меняют промышленность

Мезопористые материалы, также известные как супернанопористые, представляют собой уникальные вещества, обладающие пористой структурой с размерами пор от 2 до 50 нанометров. Эти материалы занимают промежуточное положение между микропористыми (с порами менее 2 нм) и макропористыми (с порами более 50 нм) материалами, что делает их особенно интересными для различных научных и промышленных приложений.

Типы мезопористых материалов

Типичные примеры мезопористых материалов включают кремнезем и оксид алюминия, которые имеют поры одинакового размера. Однако наибольшую популярность и применение в современных технологиях получил мезопористый углерод. Этот материал обладает высокой удельной поверхностью, что делает его идеальным для использования в устройствах накопления энергии, таких как суперконденсаторы и батареи. Мезопористый углерод способен эффективно хранить и высвобождать энергию, что делает его важным компонентом в области возобновляемых источников энергии.

Другим распространенным мезопористым материалом является активированный уголь. Он состоит из углеродного каркаса, который сочетает в себе как мезопористость, так и микропористость. В зависимости от условий синтеза, активированный уголь может иметь различные свойства, что делает его универсальным материалом для фильтрации, очистки воды и воздуха, а также для адсорбции различных веществ.

Структура и свойства мезопористых материалов

Согласно международной номенклатуре IUPAC, мезопористые материалы могут быть как упорядоченными, так и неупорядоченными. Упорядоченные мезопористые структуры имеют регулярное распределение пор, что позволяет им демонстрировать уникальные физико-химические свойства. В кристаллических неорганических материалах мезопористая структура значительно изменяет их химические и физические характеристики. Например, производительность батарей, изготовленных из мезопористых электроактивных материалов, может значительно отличаться от производительности их объемных аналогов.

Процесс получения мезопористых материалов

Процесс получения мезопористых материалов, таких как кремнезем, был запатентован в 1970-х годах. Методы, основанные на процессе Штёбера, который был разработан в 1968 году, продолжают использоваться и по сей день. В 1990-х годах японские исследователи воспроизвели эти методы, что привело к созданию новых мезопористых материалов, известных как Mobil Crystalline Materials (MCM-41). Эти материалы продемонстрировали истинный уровень иерархической пористости и улучшенные текстурные свойства благодаря использованию катионов четвертичного аммония и силанизирующих агентов во время синтеза.

Применение мезопористых материалов

С тех пор исследования в области мезопористых материалов активно развиваются. Они находят применение в различных отраслях, включая катализ, сорбцию, газоанализ, производство батарей, ионный обмен, оптику и фотоэлектрическую энергетику. В частности, в области катализа мезопористые цеолиты становятся новой темой для изучения, где исследуется их влияние на характеристики катализаторов, используемых в жидкостном каталитическом крекинге.

Классификация мезопористости

Важно отметить, что мезопористость относится к классификации наномасштаб