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UPAC separa los poros en microporos (<2 nm), mesoporos o mesoporos (2 a 50 nm), macroporos (> 50 nm) de acuerdo con la escala de tamaño de poro; Según la última definición, los poros se subdividen en microporos (<0.7 nm) y micropolos (0.7-2 nm), mientras que los pozos por debajo de 100 nm se denominan colectivamente nanoporos. Entonces, ¿de dónde provienen los nombres de estos materiales para agujeros?

Serie MCM

MCM es la abreviatura de Mobil Composition of Matter. Principalmente por los investigadores de Mobil Oil, utilizando silicato de etilo como fuente de silicio, sintetizado por un método de plantilla suave a base de micelas. MCM Los mosqueteros son MCM-41, MCM-48 y MCM-50. MCM-41 es una estructura mesoporosa hexagonal, la disposición de un mesoporo cilíndrico regular hecho de estructura de poro unidimensional. Diámetro de mesoporo ajustable entre 2-6.5 nm, área de superficie específica grande. En comparación con los tamices moleculares, no hay sitios de ácido de Bronsted en MCM-41. Debido a su pared delgada y al bajo tipo de cambio de las unidades de silicio, los enlaces Si-O se hidrolizan y reticulan en agua hirviendo, lo que resulta en daños estructurales. Por lo tanto, la estabilidad térmica no es buena. Los primeros artículos sobre la síntesis de MCM-41 se publicaron en los JAC en 1992, y las citas ahora tienen casi 12,000 citas. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), págs. 10834-10843.) MCM-48 tiene una estructura celular interconectada tridimensionalmente. MCM-50 es una estructura laminar y solo puede denominarse "mesoestructura" en lugar de "mesoporosa" ya que la estructura laminar se colapsa al eliminar la capa formadora de tensioactivo, y como no hay poro, esto no es Profundo. 

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Figura 1 Diagrama del mecanismo de síntesis MCM-41, el tensioactivo utilizado es un tensioactivo aniónico

Serie de la SBA

SBA es la abreviatura de Santa Bárbara Amorfa. Entre ellos, el gran nombre es SBA-15. SBA-15 fue sintetizado por primera vez por Zhao Dongyuan, un profesor de la Universidad de Fudan en 1998 después de hacer un estudio de posgrado en Santa Bárbara, Universidad de California, EE. UU. Fue publicado en Science ese año y ha sido citado más de 10,000 veces ( Science 23 de enero de 1998: 279, 5350, 548-552.). La serie SBA de materiales de sílice mesoporosos se sintetiza utilizando un método de plantilla blanda que utiliza un tensioactivo de tipo bloque; Su tamaño de poro es ajustable en el rango de 5-30 nm. SBA-15 consiste en una serie de canales cilíndricos paralelos hexagonales con unos pocos mesoporos o poros dispuestos en orden aleatorio con un espesor de pared celular de 3-6 nm. Debido a las paredes celulares más gruesas de SBA-15, la estabilidad hidrotérmica del material es mejor que la de la serie MCM. SBA-15 es un material poroso multidimensional que contiene ambos materiales mesoporosos. Puede eliminar el tensioactivo incrustado en las paredes de los poros durante el proceso de calcinación, dando como resultado una estructura microporosa.

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Figura 2 (izquierda) Imagen TEM de SBA-15 con diferentes tamaños de poro. El extremo hidrofóbico del tensioactivo tribloque (derecho) entrará en las paredes de los poros de la sílice formada. Después de la calcinación, los microporos

Serie HMM

HMM es una abreviatura de material mesoporoso de Hiroshima y fue preparado por primera vez por investigadores de la Universidad de Hiroshima en 2009. HMM es un material de silicio mesoporoso esférico con un tamaño de poro de 4-15 nm y un diámetro exterior ajustable de 20-80 nm. En la etapa de síntesis, los autores primero forman gotas de emulsión a través de la solución mixta de aceite / agua / surfactante y luego hacen crecer el silicio con las partículas de poliestireno generadas in situ como plantilla, lo que resulta en sílice mesoporosa esférica después de que se retira la plantilla. (Materiales microporosos y mesoporosos 120 (2009) 447-453.)

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Figura 3 Diagrama del mecanismo de síntesis HMM e imágenes SEM y TEM del producto

Serie TUD

TUD significa Technische Universiteit Delft, también conocida como Delft University of Technology. En la micrografía electrónica, TUD-1 aparece como una espuma con un área superficial de 400-1000 m2 / gy un mesoporo sintonizable entre 2.5 y 25 nm. En la síntesis de materiales, no hay surfactante, y la trietilamina se usa como agente molde orgánico. La estructura de poros se puede controlar ajustando la proporción de agente de plantilla orgánica y fuente de silicio. (Chem. Commun., 2001, 713-714)

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Figura 4 (izquierda) Imagen SEM de TDU-1, (derecha) Material de carbono mesoporoso sintetizado con TDU-1 como plantilla dura

Serie FSM

FSM es la abreviatura de hojas plegadas de materiales mesoporosos. La traducción literal de su nombre es, hoja plegada de material mesoporoso. La síntesis de FSM es la síntesis de material de silicato en capas Kanemite y alquil trimetilamina de cadena larga (ATMA) en condiciones alcalinas. Se produce un intercambio de iones de tratamiento mixto para obtener una distribución estrecha del tamaño de poro del material de sílice mesoporosa hexagonal tridimensional. El FSC tiene una superficie específica de 650-1000 m2 / gy un tamaño de poro de 1.5-3 nm. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, N ° 5 (1996))

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Figura 5 Diagrama TEM del FSM

Serie KIT

KIT no encontró una declaración muy oficial, probablemente la abreviatura del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea. También perteneciente al material de sílice mesoporoso ordenado, diferente de la estructura de poro unidireccional SBA-15 (p6mm cúbico), KIT-6 (la3d cúbico) tiene una estructura mesoporosa cúbica interconectada. En la síntesis de KIT-6, se usó una mezcla de tensioactivo tribloque (EO20PO70EO20) y butanol como agente director de estructura. KIT-6 tamaño de poro ajustable en 4-12 nm, el área de superficie específica de 960-2200 m2 g-1. (Chem. Commun., 2003, 2136-2137)

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Figura 6 (izquierda) Diagrama de estructura de SBA-15 p6mm y KIT-6 la3d, (derecha) Imagen TEM de KIT-6

Serie CMK

El método común para sintetizar carbono mesoporoso es el método de plantilla dura. Los tamices moleculares mesoporosos como MCM-48 y SBA-15 se utilizan como plantilla para seleccionar los precursores apropiados, carbonizar los precursores bajo la catálisis de ácido y depositar en los poros de los materiales mesoporosos Road, y luego se disuelven con NaOH o SiO2 mesoporoso HF, para obtener carbono mesoporoso. En 1999, Ryoo logró replicar otros materiales mesoporosos utilizando materiales mesoporosos como plantillas duras. Esta serie de materiales se llama CMK. Tampoco se encontraron los nombres oficiales, pero muy probablemente los nombres combinados de Carbon Molecular Sieves y Corea. Ha producido sucesivamente materiales de tamiz molecular de carbono mesoporoso CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 y CMK-9 utilizando MCM-48, SBA-1, SBA-15 y KIT-6 como plantillas. (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.) CMK-3 es una estructura hexagonal bidimensional con una distribución estrecha del tamaño de poro, área superficial específica alta (1000-2000 m2 / g), volumen de poro grande 1.35 cm3 / g) y fuerte resistencia a ácidos y álcalis, es un buen portador de catalizador.

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Figura 7 Imagen TEM de CMK-1 y CMK-3

Serie FDU

La serie FDU es corta para la Universidad de Fudan y es el trabajo realizado por el maestro Zhao Dongyuan después de regresar a la Universidad de Fudan. FDU es una serie de resinas fenólicas sintetizadas por el método de plantilla blanda. Los materiales de carbono mesoporosos ordenados pueden sintetizarse mediante carbonización a alta temperatura y consisten en poros esféricos. Lo mismo es el uso de surfactante como agente director de estructura, el uso de precursores de resina fenólica como materia prima, mediante el método de autoensamblaje por evaporación del disolvente para obtener la estructura ordenada. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7045)

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Figura 8 FDU-15 y FDU-16 después de la carbonización a alta temperatura.

Serie STARBON

Starbon es el nombre del material de carbono mesoporoso. Porque el Starbon original fue sintetizado por investigadores de la Universidad de York por el método sol-gel de Starch y luego carbonizado. Por lo tanto, su nombre es Starbon, y registró la marca "Starbon". El volumen de mesoporos de Starbon de 2.0 cm3 / g, el área de superficie específica de 500 m2 / g, se puede usar como soporte de catalizador, adsorción de gas o agente de purificación de agua. Ahora las materias primas de Starbon pueden extenderse a la pectina y al ácido algínico.

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Figura 9 (izquierda) Paso de síntesis de Starbon, (derecha) Imagen SEM de Starbon

Serie ZSM

ZSM es una abreviatura de Zeolite Socony Mobil, y ZSM-5 es un nombre comercial, que es la quinta zeolita encontrada por Socony Mobil Corporation. Sintetizado en 1975, Nature informó su estructura en 1978. ZSM-5 es un sistema ortorrómbico. Es un tipo de tamiz molecular de zeolita con canales transversales tridimensionales con alto contenido de silicio y anillos de cinco miembros. Es oleófilo e hidrófobo, tiene una alta estabilidad térmica e hidrotermal, y la mayoría de los poros tienen un diámetro de aproximadamente 0,55 nm de zeolita.

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Figura 10 TPABr sintetizado ZSM-5

Serie AlPO

AlPO es la abreviatura de tamiz molecular de aluminofosfato microporoso libre de ácido, que es el "tamiz molecular de segunda generación" desarrollado por la Compañía UOP de los Estados Unidos desde la década de 1980. Estos marcos de tamiz molecular están compuestos de una cantidad igual de tetraedros de AlO4 y PO4 y son eléctricamente neutros y muestran propiedades catalizadoras de ácidos más débiles. Con la introducción de los heteroátomos, el equilibrio de carga original de la estructura de zeolita AlPO puede descomponerse, de modo que su acidez, rendimiento de adsorción y actividad catalítica mejoraron significativamente. La estructura marco de AlPO4-5 pertenece al sistema hexagonal, con un canal principal de anillo típico de 12 miembros con un tamaño de poro de 0,76 nm, que es comparable al de los aromáticos.

Serie SAPO

SAPO es la abreviatura de Silicoaluminophosphate, SAPO-34 es el tamiz molecular que UCC informó por primera vez en 1982, y 34 es el código. El esqueleto de SAPO-34 está compuesto de PO2 +, SiO2, AlO2- y tiene canales transversales tridimensionales, diámetro de poro de ocho anillos y sitios ácidos moderados. Además, la separación por adsorción y la separación por membrana mostraron un excelente rendimiento. La composición de SAPO-11 es Si, P, Al y O de cuatro tipos, su composición se puede cambiar en una amplia gama, el contenido de silicio del producto varía con las condiciones de síntesis. SAPO-11 zeolita mesoporosa, con estructura unidimensional de diez anillos, en un agujero ovalado. El marco de tamiz molecular de SAPO tiene carga negativa y, por lo tanto, tiene cationes intercambiables y tiene acidez protónica. El tamiz molecular de SAPO puede usarse como adsorbente, catalizador y soporte de catalizador.

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Figura 11 Imagen SEM de SAPO-11 con un tiempo de cristalización de 48 h


Hay varios otros materiales porosos que no se usan comúnmente:
MSU  (Michigan State University) es una serie de tamices moleculares mesoporosos desarrollados por Pinnavaia et al. De la universidad de Michigan. MSU-X (MSU-1, MSU-2 y MSU-3). MSU-V, MSU-G tienen una estructura en capas de vesículas multilamelares.

HMS

(Sílice mesoporosa hexagonal) es un tamiz molecular mesoporoso desarrollado por Pinnavaia et al., Que también es una estructura hexagonal con un bajo grado de orden.

APM

(mesoestructuras preparadas con ácido), una investigación inicial de Stucky et al., se prepararon en condiciones ácidas y fueron una extensión de la serie MCM de procesos sintéticos (medios alcalinos).
No solo el nombre es muy exclusivo, la aplicación de materiales porosos también es muy extensa, son:

1. membrana de separación de gas eficiente;

2. Proceso químico de la membrana catalítica;

3. Materiales de sustrato para sistemas electrónicos de alta velocidad;

4. precursores para materiales de comunicación óptica;

5. materiales de aislamiento térmico altamente eficientes;

6. electrodos porosos para pilas de combustible;

7. medios de separación y electrodos para baterías;

8. combustibles (incluidos el gas natural y el hidrógeno) del medio de almacenamiento;

9. Selección de absorbente de limpieza ambiental;

10. Filtro reutilizable especial. Estas aplicaciones tendrán un profundo impacto en las aplicaciones industriales y en la vida cotidiana de las personas.


Referencias1. J. Am. Chem Soc., 1992, 114 (27), págs. 10834-10843.2. Science 23 de enero de 1998: 279, 5350, 548-552.3. Materiales microporosos y mesoporosos 120 (2009) 447-453.4. Chem Commun., 2001, 713-714.5. Toro. Chem Soc. Jpn., 69, N ° 5 (1996) 6. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993, 8, 680.7. Chem Commun., 2003, 2136-2137.8. J. Phys. Chem B, 103, 37, 1999.9. Angew Chem En t. Ed. 2005, 44, 7053-7059.

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