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UPAC trennt Poren gemäß der Porengrößenskala in Mikroporen (<2 nm), Mesoporen oder Mesoporen (2 bis 50 nm), Makroporen (> 50 nm); Nach der neuesten Definition werden die Poren in Mikroporen (<0,7 nm) und Mikropole (0,7-2 nm) unterteilt, während Vertiefungen unter 100 nm gemeinsam als Nanoporen bezeichnet werden. Wie kommen die Namen dieser Lochmaterialien her?

MCM-Serie

MCM ist die Abkürzung für Mobil Composition of Matter. Hauptsächlich von den Mobil Oil-Forschern unter Verwendung von Ethylsilikat als Siliziumquelle, synthetisiert durch eine auf Mizellen basierende Soft-Template-Methode. MCM Die Musketiere sind MCM-41, MCM-48 und MCM-50. MCM-41 ist eine hexagonale mesoporöse Struktur, die Anordnung einer regelmäßigen zylindrischen Mesoporen aus eindimensionaler Porenstruktur. Mesoporendurchmesser einstellbar zwischen 2-6,5 nm, große spezifische Oberfläche. Im Vergleich zu Molekularsieben gibt es in MCM-41 keine Brönsted-Säure-Stellen. Aufgrund seiner dünnen Wand und der geringen Austauschrate von Siliziumeinheiten hydrolysieren Si-O-Bindungen in kochendem Wasser und vernetzen sie erneut, was zu strukturellen Schäden führt. Daher ist die thermische Stabilität nicht gut. Die frühesten Veröffentlichungen zur Synthese von MCM-41 wurden 1992 in den JACs veröffentlicht, und die Zitate haben jetzt fast 12.000 Zitate. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), S. 10834–10843.) MCM-48 hat eine dreidimensional miteinander verbundene Zellstruktur. MCM-50 ist eine Lamellenstruktur und kann nur als "Mesostruktur" und nicht als "mesoporös" bezeichnet werden, da die Lamellenstruktur beim Entfernen der tensidbildenden Schicht zusammenbricht und da es keine Poren gibt, ist dies nicht tief unten. 

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1 Diagramm des MCM-41-Synthesemechanismus, das verwendete Tensid ist ein anionisches Tensid

SBA-Serie

SBA ist die Abkürzung für Santa Barbara Amorphous. Unter ihnen ist der große Name SBA-15. SBA-15 wurde erstmals 1998 von Zhao Dongyuan, einem Lehrer an der Fudan-Universität, nach einem Aufbaustudium an der Santa Barbara, Universität von Kalifornien, USA, synthetisiert. Es wurde in diesem Jahr in Science veröffentlicht und mehr als 10.000 Mal zitiert ( Science, 23. Januar 1998: 279, 5350, 548-552.). SBA-Reihen von mesoporösen Siliciumdioxidmaterialien werden unter Verwendung eines Soft-Template-Verfahrens unter Verwendung eines Tensids vom Blocktyp synthetisiert; seine Porengröße ist im Bereich von 5-30 nm einstellbar. SBA-15 besteht aus einer Reihe hexagonaler paralleler zylindrischer Kanäle mit einigen Mesoporen oder Poren, die in zufälliger Reihenfolge mit einer Zellwanddicke von 3 bis 6 nm angeordnet sind. Aufgrund der dickeren Zellwände von SBA-15 ist die hydrothermale Stabilität des Materials besser als die der MCM-Serie. SBA-15 ist ein mehrdimensionales poröses Material, das beide mesoporösen Materialien enthält. Es kann das in den Porenwänden eingebettete Tensid während des Kalzinierungsprozesses entfernen, was zu einer mikroporösen Struktur führt.

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Abbildung 2 (links) TEM-Bild von SBA-15 mit unterschiedlichen Porengrößen. Das hydrophobe Ende des (rechten) Triblocktensids tritt in die Porenwände der gebildeten Kieselsäure ein. Nach dem Kalzinieren werden die Mikroporen

HMM-Serie

HMM ist eine Abkürzung für Hiroshima Mesoporous Material und wurde erstmals 2009 von Forschern der Hiroshima University hergestellt. HMM ist ein kugelförmiges mesoporöses Siliziummaterial mit einer Porengröße von 4-15 nm und einem einstellbaren Außendurchmesser von 20-80 nm. Im Syntheseschritt bilden die Autoren zunächst Emulsionströpfchen durch die gemischte Öl / Wasser / Tensid-Lösung und züchten dann das Silizium mit den in situ erzeugten Polystyrolpartikeln als Templat, was zu kugelförmigem mesoporösem Siliciumdioxid führt, nachdem das Templat entfernt wurde. (Microporous and Mesoporous Materials 120 (2009) 447-453.)

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Abbildung 3 Diagramm des HMM-Synthesemechanismus und Produkt-SEM- und TEM-Bilder

TUD-Serie

TUD steht für Technische Universität Delft, auch bekannt als Technische Universität Delft. In der elektronenmikroskopischen Aufnahme erscheint TUD-1 als Schaum mit einer Oberfläche von 400-1000 m2 / g und einer einstellbaren Mesopore zwischen 2,5 und 25 nm. Bei der Materialsynthese gibt es kein Tensid und Triethylamin wird als organisches Templat verwendet. Die Porenstruktur kann durch Einstellen des Verhältnisses von organischem Templatmittel und Siliziumquelle gesteuert werden. (Chem. Commun., 2001, 713 & ndash; 714)

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Abbildung 4 (links) REM-Aufnahme von TDU-1, (rechts) Mesoporöses Kohlenstoffmaterial, synthetisiert mit TDU-1 als harte Matrize

FSM-Serie

FSM ist die Abkürzung für Folded Sheets Mesoporous Materials. Wörtliche Übersetzung seines Namens ist gefaltetes mesoporöses Blattmaterial. Die FSM-Synthese ist die Synthese von Schichtsilikatmaterial Kanemit und langkettigem Alkyltrimethylamin (ATMA) unter alkalischen Bedingungen. Ein Ionenaustausch mit gemischter Behandlung findet statt, um eine enge Porengrößenverteilung von dreidimensionalem hexagonalem mesoporösem Siliciumdioxidmaterial zu erhalten. FSC hat eine spezifische Oberfläche von 650-1000 m2 / g und eine Porengröße von 1,5-3 nm. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, Nr. 5 (1996))

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Abbildung 5 TEM-Diagramm des FSM

KIT-Serie

Das KIT fand keine sehr offizielle Erklärung, höchstwahrscheinlich die Abkürzung für Korea Advanced Institute of Science and Technology. KIT-6 (kubisch la3d) gehört ebenfalls zu dem geordneten mesoporösen Siliciumdioxidmaterial, das sich von der unidirektionalen Porenstruktur SBA-15 (kubisch p6 mm) unterscheidet, und hat eine kubische mesoporöse Struktur miteinander verbunden. Bei der Synthese von KIT-6 wurde eine Mischung aus Triblocktensid (EO20PO70EO20) und Butanol als strukturdirigierendes Mittel verwendet. KIT-6 Porengröße einstellbar in 4-12 nm, die spezifische Oberfläche von 960-2200 m2 g-1. (Chem. Commun., 2003, 2136 & ndash; 2137)

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Abbildung 6 (links) Strukturdiagramm von SBA-15 p6mm und KIT-6 la3d, (rechts) TEM-Bild von KIT-6

CMK-Serie

Die übliche Methode zur Synthese von mesoporösem Kohlenstoff ist die Methode der harten Matrize. Mesoporöse Molekularsiebe wie MCM-48 und SBA-15 werden als Matrize verwendet, um die geeigneten Vorläufer auszuwählen, die Vorläufer unter Katalyse von Säure zu karbonisieren und auf den Poren mesoporöser Materialien Road abzuscheiden und dann mit mesoporösem NaOH oder HF-SiO2 zu lösen. mesoporösen Kohlenstoff zu bekommen. 1999 gelang es Ryoo, andere mesoporöse Materialien unter Verwendung mesoporöser Materialien als harte Schablonen zu replizieren. Diese Materialreihe heißt CMK. Auch fand nicht die offizielle Benennung, aber höchstwahrscheinlich Carbon Molecular Sieves und Korea kombinierte Benennung. Er hat nacheinander mesoporöse Kohlenstoffmolekularsiebmaterialien CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 und CMK-9 unter Verwendung von MCM-48, SBA-1, SBA-15 und KIT-6 als Matrizen hergestellt. (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.) CMK-3 ist eine zweidimensionale hexagonale Struktur mit einer engen Porengrößenverteilung, einer hohen spezifischen Oberfläche (1000-2000 m² / g) und einem großen Porenvolumen von 1,35 cm3 / g) und starke Säure- und Alkalibeständigkeit ist ein guter Katalysatorträger.

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7 TEM-Bild von CMK-1 und CMK-3

FDU-Serie

Die FDU-Reihe steht für Fudan University und ist die Arbeit des Zhao Dongyuan-Lehrers nach seiner Rückkehr an die Fudan University. FDU ist eine Reihe von Phenolharzen, die nach der Soft-Template-Methode synthetisiert werden. Die geordneten mesoporösen Kohlenstoffmaterialien können durch Hochtemperaturcarbonisierung synthetisiert werden und bestehen aus kugelförmigen Poren. Das gleiche gilt für die Verwendung eines Tensids als strukturdirigierendes Mittel, die Verwendung von Phenolharzvorläufern als Rohmaterialien durch ein Selbstorganisationsverfahren zur Verdampfung des Lösungsmittels, um die geordnete Struktur zu erhalten. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7045)

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Abbildung 8 FDU-15 und FDU-16 nach Hochtemperatur-CarbonisierungStarbon

STARBON-Serie

Starbon ist der Name des mesoporösen Kohlenstoffmaterials. Denn der ursprüngliche Starbon wurde von Forschern der University of York nach der Sol-Gel-Methode von Starch synthetisiert und anschließend carbonisiert. Daher heißt es Starbon und hat den Markennamen „Starbon“ registriert. Ein Starbon-Mesoporenvolumen von 2,0 cm³ / g, die spezifische Oberfläche von 500 m² / g, kann als Katalysatorträger, Gasadsorptions- oder Wasserreinigungsmittel verwendet werden. Jetzt können Starbon-Rohstoffe auf Pektin und Alginsäure ausgedehnt werden.

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Abbildung 9 (links) Starbon-Syntheseschritt, (rechts) SEM-Bild von Starbon

ZSM-Serie

ZSM ist eine Abkürzung für Zeolite Socony Mobil, und ZSM-5 ist ein Handelsname, der fünfte Zeolith, der von Socony Mobil Corporation gefunden wurde. Nature wurde 1975 synthetisiert und berichtete 1978 über seine Struktur. ZSM-5 ist ein orthorhombisches System. Es ist eine Art Zeolith-Molekularsieb mit dreidimensionalen Querkanälen mit hohem Siliziumgehalt und fünfgliedrigen Ringen. Es ist oleophil und hydrophob, hat eine hohe thermische und hydrothermale Stabilität und die meisten Poren haben einen Durchmesser von etwa 0,55 nm Lochzeolith.

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10 TPABr synthetisierte ZSM-5

AlPO-Serie

AlPO ist die Abkürzung für säurefreies mikroporöses Aluminiumphosphat-Molekularsieb, das seit den 1980er Jahren von der US-amerikanischen UOP Company entwickelt wurde. Diese Molekularsiebgerüste bestehen zu gleichen Teilen aus AlO4- und PO4-Tetraedern, sind elektrisch neutral und zeigen schwächere säurekatalysierende Eigenschaften. Mit der Einführung von Heteroatomen kann das ursprüngliche Ladungsgleichgewicht des AlPO-Zeolithgerüsts abgebaut werden, so dass dessen Azidität, Adsorptionsleistung und katalytische Aktivität signifikant verbessert wurden. Die Gerüststruktur von AlPO4-5 gehört zum hexagonalen System mit einem typischen 12-gliedrigen Ringhauptkanal mit einer Porengröße von 0,76 nm, der mit dem von Aromaten vergleichbar ist.

SAPO-Serie

SAPO ist die Abkürzung für Silicoaluminophosphat, SAPO-34 ist das Molekularsieb, das erstmals 1982 von UCC gemeldet wurde, und 34 ist der Code. Das Gerüst von SAPO-34 besteht aus PO2 +, SiO2, AlO2- und hat dreidimensionale Kreuzkanäle, einen Porendurchmesser von acht Ringen und moderate Säurestellen. Sowie Adsorptionstrennung und Membrantrennung zeigten hervorragende Leistung. Die Zusammensetzung von SAPO-11 ist Si, P, Al und O vier Arten, seine Zusammensetzung kann in einem weiten Bereich geändert werden, der Siliziumgehalt des Produkts variiert mit den Synthesebedingungen. Mesoporöser SAPO-11-Zeolith mit eindimensionaler Zehnringstruktur in ein ovales Loch. Das SAPO-Molekularsiebgerüst ist negativ geladen und weist daher austauschbare Kationen und eine Protonensäure auf. SAPO-Molekularsieb kann als Adsorbens, Katalysator und Katalysatorträger verwendet werden.

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Abbildung 11 REM-Aufnahme von SAPO-11 mit einer Kristallisationszeit von 48h


Es gibt mehrere andere poröse Materialien, die nicht häufig verwendet werden:
MSU  (Michigan State University) ist eine Reihe von mesoporösen Molekularsieben, die von Pinnavaia et al. Von der University of Michigan. MSU-X (MSU-1, MSU-2 und MSU-3). MSU-V, MSU-G haben eine Schichtstruktur aus multilamellaren Vesikeln.

HMS

(Hexagonal Mesoporous Silica) ist ein von Pinnavaia et al. Entwickeltes mesoporöses Molekularsieb, das ebenfalls eine hexagonale Struktur mit einem niedrigen Ordnungsgrad darstellt.

APMs

(säurepräparierte Mesostrukturen), eine frühe Forschung von Stucky et al., wurden unter sauren Bedingungen hergestellt und waren eine Erweiterung der MCM-Reihe von Syntheseverfahren (alkalische Medien).
Nicht nur der Name ist sehr einzigartig, die Anwendung von porösen Materialien ist auch sehr umfangreich, sind:

1. Effiziente Gastrennmembran;

2. Chemische katalytische Prozessmembran;

3. Substratmaterialien für elektronische Hochgeschwindigkeitssysteme;

4. Vorläufer für optische Kommunikationsmaterialien;

5. hocheffiziente Wärmedämmstoffe;

6. poröse Elektroden für Brennstoffzellen;

7. Trennmedien und Elektroden für Batterien;

8. Brennstoffe (einschließlich Erdgas und Wasserstoff) des Speichermediums;

9. Auswahl des umweltreinigenden Absorptionsmittels;

10. Spezieller wiederverwendbarer Filter. Diese Anwendungen werden tiefgreifende Auswirkungen auf industrielle Anwendungen und das tägliche Leben der Menschen haben.


Verweise:1. J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), S. 10834–10843.2. Science, 23. Januar 1998: 279, 5350, 548-552,3. Microporous and Mesoporous Materials 120 (2009) 447-453.4. Chem. Commun., 2001, 713 & ndash; 714,5. Stier. Chem. Soc. Jpn., 69, Nr. 5 (1996) 6. J. Chem. Soc., Chem. Kommun. 1993, 8, 680,7. Chem. Commun., 2003, 2136 & ndash; 2137,8. J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.9. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053 & ndash; 7059.

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