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L'UPAC sépare les pores en micropores (<2 nm), mésopores ou mésopores (2 à 50 nm), macropores (> 50 nm) selon l'échelle de taille des pores; selon la dernière définition, les pores sont subdivisés en micropores (<0,7 nm) et micropôles (0,7-2 nm), tandis que les puits inférieurs à 100 nm sont collectivement appelés nanopores. Alors, d'où viennent les noms de ces matériaux de trou?

Série MCM

MCM est l'abréviation de Mobil Composition of Matter. Principalement par les chercheurs de Mobil Oil, utilisant du silicate d'éthyle comme source de silicium, synthétisé par une méthode de matrice douce à base de micelles. MCM Les mousquetaires sont MCM-41, MCM-48 et MCM-50. MCM-41 est une structure mésoporeuse hexagonale, l'arrangement d'un mésopore cylindrique régulier fait d'une structure de pore unidimensionnelle. Diamètre mésopore réglable entre 2 à 6,5 nm, grande surface spécifique. Par rapport aux tamis moléculaires, il n'y a pas de sites d'acide de Bronsted dans MCM-41. En raison de sa paroi mince et du faible taux de change des unités de silicium, les liaisons Si-O s'hydrolysent et se réticulent dans l'eau bouillante, ce qui entraîne des dommages structurels. Par conséquent, la stabilité thermique n'est pas bonne. Les premiers articles sur la synthèse du MCM-41 ont été publiés dans les JAC en 1992, et les citations comptent maintenant près de 12 000 citations. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), pp 10834-10843.) Le MCM-48 a une structure cellulaire interconnectée en trois dimensions. Le MCM-50 est une structure lamellaire et ne peut être qualifié que de "mésostructure" plutôt que de "mésoporeux" car la structure lamellaire s'effondre lors du retrait de la couche formant un tensioactif, et puisqu'il n'y a pas de pore, ce n'est pas en profondeur. 

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Figure 1 Schéma du mécanisme de synthèse du MCM-41, le tensioactif utilisé est un tensioactif anionique

SBA series

SBA est l'abréviation de Santa Barbara Amorphous. Parmi eux, le grand nom est SBA-15. Le SBA-15 a été synthétisé pour la première fois par Zhao Dongyuan, enseignant à l'Université Fudan en 1998 après avoir fait des études supérieures à Santa Barbara, Université de Californie, États-Unis.Il a été publié dans Science cette année-là et a été cité plus de 10000 fois ( Science 23 janvier 1998: 279, 5350, 548-552.). La série SBA de matériaux de silice mésoporeuse est synthétisée en utilisant une méthode de modèle souple en utilisant un surfactant de type bloc; sa taille de pore est réglable dans la plage de 5 à 30 nm. Le SBA-15 consiste en une série de canaux cylindriques parallèles hexagonaux avec quelques mésopores ou pores disposés dans un ordre aléatoire avec une épaisseur de paroi cellulaire de 3-6 nm. En raison des parois cellulaires plus épaisses du SBA-15, la stabilité hydrothermale du matériau est meilleure que celle de la série MCM. Le SBA-15 est un matériau poreux multidimensionnel qui contient les deux matériaux mésoporeux. Il peut éliminer le tensioactif incrusté dans les parois des pores pendant le processus de calcination, résultant en une structure microporeuse.

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Figure 2 (à gauche) Image TEM du SBA-15 avec différentes tailles de pores. L'extrémité hydrophobe du tensioactif tribloc (droit) pénètre dans les parois des pores de la silice formée. Après calcination, les micropores

Série HMM

HMM est une abréviation de Hiroshima Mesoporous Material et a été préparé pour la première fois par des chercheurs de l'Université d'Hiroshima en 2009. HMM est un matériau de silicium mésoporeux sphérique avec une taille de pore de 4 à 15 nm et un diamètre extérieur réglable de 20 à 80 nm. Dans l'étape de synthèse, les auteurs forment d'abord des gouttelettes d'émulsion à travers la solution mixte huile / eau / tensioactif, puis font croître le silicium avec les particules de polystyrène générées in situ comme modèle, résultant en de la silice mésoporeuse sphérique après le retrait du modèle. (Matériaux microporeux et mésoporeux 120 (2009) 447-453.)

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Figure 3 Diagramme du mécanisme de synthèse HMM et images SEM et TEM du produit

TUD series

TUD signifie Technische Universiteit Delft, également connue sous le nom de Delft University of Technology. Dans la micrographie électronique TUD-1 apparaît comme une mousse avec une surface spécifique de 400-1000 m2 / g et un mésopore accordable entre 2,5 et 25 nm. Dans la synthèse des matériaux, il n'y a pas de tensioactif et la triéthylamine est utilisée comme agent de matrice organique. La structure des pores peut être contrôlée en ajustant le rapport de l'agent modèle organique et de la source de silicium. (Chem. Commun., 2001, 713-714)

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Figure 4 (à gauche) Image SEM de TDU-1, (à droite) Matériau de carbone mésoporeux synthétisé avec TDU-1 comme modèle dur

Série FSM

FSM est l'abréviation de Feuilles pliées Matériaux mésoporeux. La traduction littérale de son nom est, matériau mésoporeux en feuille pliée. La synthèse de FSM est la synthèse de matériau de silicate en couches Kanemite et d'alkyl triméthylamine à longue chaîne (ATMA) dans des conditions alcalines, un échange mixte d'ions de traitement se produit pour obtenir une distribution de taille de pore étroite de matériau de silice mésoporeuse hexagonale tridimensionnelle. Le FSC a une surface spécifique de 650 à 1000 m2 / g et une taille de pore de 1,5 à 3 nm. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, No 5 (1996))

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Figure 5 Diagramme TEM du FSM

Série KIT

KIT n'a pas trouvé de déclaration très officielle, probablement l'abréviation de Korea Advanced Institute of Science and Technology. Appartenant également au matériau de silice mésoporeuse ordonnée, différent de la structure de pores unidirectionnelle SBA-15 (p6 mm cube), KIT-6 (cubique la3d) a une structure mésoporeuse cubique interconnectée. Dans la synthèse de KIT-6, un mélange de tensioactif tribloc (EO20PO70EO20) et de butanol a été utilisé comme agent directeur de structure. KIT-6 taille des pores réglable en 4-12 nm, la surface spécifique de 960-2200 m2 g-1. (Chem. Commun., 2003, 2136-2137)

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Figure 6 (gauche) Diagramme de structure du SBA-15 p6mm et KIT-6 la3d, (droite) Image TEM du KIT-6

Série CMK

La méthode courante de synthèse du carbone mésoporeux est la méthode du modèle dur. Des tamis moléculaires mésoporeux tels que MCM-48 et SBA-15 sont utilisés comme modèle pour sélectionner les précurseurs appropriés, carboniser les précurseurs sous catalyse d'acide et déposer sur les pores des matériaux mésoporeux Road, puis dissous avec NaOH ou HF mésoporeux SiO2, pour obtenir du carbone mésoporeux. En 1999, Ryoo a réussi à reproduire d'autres matériaux mésoporeux en utilisant des matériaux mésoporeux comme modèles durs. Cette série de matériaux nommée CMK. N'a pas non plus trouvé la dénomination officielle, mais très probablement Carbon Molecular Sieves et la Corée ont combiné la dénomination. Il a successivement produit les matériaux de tamis moléculaires de carbone mésoporeux CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 et CMK-9 en utilisant des modèles MCM-48, SBA-1, SBA-15 et KIT-6. (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.) CMK-3 est une structure hexagonale bidimensionnelle avec une distribution granulométrique étroite, une surface spécifique élevée (1000-2000 m2 / g), un grand volume de pores 1,35 cm3 / g) et une forte résistance aux acides et aux alcalis, est un bon support de catalyseur.

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Figure 7 Image TEM de CMK-1 et CMK-3

Série FDU

La série FDU est l'abréviation de Fudan University et est le travail effectué par l'enseignant de Zhao Dongyuan après son retour à Fudan University. FDU est une série de résines phénoliques synthétisées par la méthode du soft-template. Les matériaux de carbone mésoporeux ordonnés peuvent être synthétisés par carbonisation à haute température et se composent de pores sphériques. La même chose est l'utilisation de surfactant comme agent de direction de la structure, l'utilisation de précurseurs de résine phénolique comme matières premières, par la méthode d'auto-assemblage par évaporation du solvant pour obtenir la structure ordonnée. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7045)

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Figure 8 FDU-15 et FDU-16 après carbonisation à haute température

Série STARBON

Starbon est le nom du matériau carboné mésoporeux. Parce que le Starbon original a été synthétisé par des chercheurs de l'Université de York par la méthode sol-gel de Starch puis carbonisé. Par conséquent, son nom est Starbon et a enregistré le nom de marque «Starbon». Un volume mésoporeux de Starbon de 2,0 cm3 / g, la surface spécifique de 500 m2 / g, peut être utilisé comme support de catalyseur, adsorption de gaz ou agent de purification d'eau. Désormais, les matières premières Starbon peuvent être étendues à la pectine et à l'acide alginique.

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Figure 9 (à gauche) Étape de synthèse de Starbon, (à droite) Image SEM de Starbon

ZSM series

ZSM est l'abréviation de Zeolite Socony Mobil et ZSM-5 est un nom commercial, qui est la cinquième zéolite trouvée par Socony Mobil Corporation. Synthétisée en 1975, Nature a signalé sa structure en 1978. Le ZSM-5 est un système orthorhombique. C'est une sorte de tamis moléculaire zéolithique à canaux croisés tridimensionnels à haute teneur en silicium et à cinq anneaux. Il est oléophile et hydrophobe, a une stabilité thermique et hydrothermique élevée, et la plupart des pores ont un diamètre d'environ 0,55 nm de zéolite de trou.

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Figure 10 TPABr synthétisé ZSM-5

Série AlPO

AlPO est l'abréviation de tamis moléculaire à base d'aluminophosphate microporeux sans acide, qui est le «tamis moléculaire de deuxième génération» développé par la société UOP des États-Unis depuis les années 1980. Ces cadres de tamis moléculaire sont composés d'une quantité égale de tétraèdres AlO4 et PO4 et sont électriquement neutres et présentent des propriétés de catalyse acide plus faibles. Avec l'introduction d'hétéroatomes, l'équilibre de charge d'origine de la charpente de zéolite AlPO peut être décomposé, de sorte que son acidité, ses performances d'adsorption et son activité catalytique ont été considérablement améliorées. La structure de l'ossature d'AlPO4-5 appartient au système hexagonal, avec un canal principal d'anneau à 12 membres typique avec une taille de pore de 0,76 nm, qui est comparable à celle des aromatiques.

Série SAPO

SAPO est l'abréviation de Silicoaluminophosphate, SAPO-34 est le tamis moléculaire signalé pour la première fois par l'UCC en 1982 et 34 est le code. Le squelette de SAPO-34 est composé de PO2 +, SiO2, AlO2- et possède des canaux croisés tridimensionnels, un diamètre de pore à huit anneaux et des sites acides modérés. Ainsi que la séparation par adsorption et la séparation sur membrane ont montré d'excellentes performances. La composition de SAPO-11 est Si, P, Al et O quatre types, sa composition peut être modifiée dans une large gamme, la teneur en silicium du produit varie avec les conditions de synthèse. Zéolite mésoporeuse SAPO-11, à structure unidimensionnelle à dix anneaux, dans un trou ovale. L'ossature du tamis moléculaire SAPO est chargée négativement et a donc des cations échangeables et une acidité protonique. Le tamis moléculaire SAPO peut être utilisé comme adsorbant, catalyseur et support de catalyseur.

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Figure 11 Image SEM de SAPO-11 avec un temps de cristallisation de 48h


Il existe plusieurs autres matériaux poreux qui ne sont pas couramment utilisés:
MSU  (Michigan State University) est une série de tamis moléculaires mésoporeux développés par Pinnavaia et al. De l'Université du Michigan. MSU-X (MSU-1, MSU-2 et MSU-3). MSU-V, MSU-G ont une structure en couches de vésicules multilamellaires.

HMS

(Silice mésoporeuse hexagonale) est un tamis moléculaire mésoporeux développé par Pinnavaia et al., Qui est également une structure hexagonale avec un faible degré d'ordre.

APM

(mésostructures préparées à l'acide), une des premières recherches de Stucky et al., ont été préparées dans des conditions acides et constituaient une extension de la série MCM de procédés de synthèse (milieux alcalins).
Non seulement le nom est très unique, mais l'application de matériaux poreux est également très étendue:

1. Membrane de séparation des gaz efficace;

2. Membrane catalytique de processus chimique;

3. matériaux de substrat pour les systèmes électroniques à grande vitesse;

4. précurseurs des matériaux de communication optique;

5. matériaux d'isolation thermique très efficaces;

6. électrodes poreuses pour piles à combustible;

7. supports de séparation et électrodes pour batteries;

8. combustibles (y compris le gaz naturel et l'hydrogène) du support de stockage;

9. Sélection d'un absorbant de nettoyage écologique;

10. Filtre spécial réutilisable. Ces applications auront un impact profond sur les applications industrielles et la vie quotidienne des gens.


Références:1. J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), pp 10834-10843.2. Science 23 janvier 1998: 279, 5350, 548-552.3. Matériaux microporeux et mésoporeux 120 (2009) 447-453.4. Chem. Commun., 2001, 713-714.5. Taureau. Chem. Soc. Jpn., 69, No 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. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7059.

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