14種類の多孔質材料1

UPACは、細孔サイズスケールに従って細孔をミクロ細孔(<2 nm)、メソ細孔またはメソ細孔(2〜50 nm)、マクロ細孔(> 50 nm)に分離します。最新の定義によれば、細孔はマイクロ細孔(<0.7 nm)とマイクロポール(0.7-2 nm)に細分され、100 nm未満のウェルはまとめてナノ細孔と呼ばれます。それでは、これらの穴の材料の名前はどのように由来していますか?

MCMシリーズ

MCMは、Mobil Composition of Matterの略です。主にモービルオイルの研究者による、ミセルベースのソフトテンプレート法で合成されたシリコンソースとしてケイ酸エチルを使用。 MCM銃士はMCM-41、MCM-48、MCM-50です。 MCM-41は六角形のメソポーラス構造であり、1次元の細孔構造からなる規則的な円柱状メソ細孔の配置です。メソポア径は2〜6.5 nmで調整可能で、比表面積が大きい。モレキュラーシーブと比較して、MCM-41にはブレンステッド酸サイトがありません。薄壁でシリコンユニットの交換率が低いため、Si-O結合は沸騰水中で加水分解して再架橋し、構造的な損傷を引き起こします。したがって、熱安定性は良くありません。 MCM-41の合成に関する最も初期の論文は1992年にJACで公開され、現在、引用は12,000近くに上ります。 (J. Am。Chem。Soc。、1992、114(27)、pp 10834-10843。)MCM-48は、三次元的に相互接続されたセル構造を持っています。 MCM-50はラメラ構造であり、界面活性剤形成層を除去するとラメラ構造が崩壊するため、「メソ多孔性」ではなく「メソ構造」と呼ぶことができます。また、細孔がないため、これはディープダウンではありません。 

14多孔質材料の一般的なタイプ2
図1 MCM-41合成メカニズム図、使用される界面活性剤は陰イオン界面活性剤

SBAシリーズ

SBAはSanta Barbara Amorphousの略です。その中で、ビッグネームはSBA-15です。 SBA-15は、米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校で大学院研究を行った後、1998年に復旦大学の教師である趙東苑によって最初に合成されました。これはその年にサイエンス誌に掲載され、10,000回以上引用されています( Science 1998年1月23日:279、5350、548-552)。メソポーラスシリカ材料のSBAシリーズは、ブロックタイプの界面活性剤を使用したソフトテンプレート法を使用して合成されます。その孔径は5-30 nmの範囲で調整可能です。 SBA-15は、セル壁の厚さが3〜6 nmのランダムな順序で配置されたいくつかのメソポアまたはポアを備えた一連の六角形の平行な円筒形チャネルで構成されています。 SBA-15のセル壁が厚いため、材料の水熱安定性はMCMシリーズよりも優れています。 SBA-15は、両方のメソポーラス材料を含む多次元多孔質材料です。それはか焼プロセス中に細孔壁に埋め込まれた界面活性剤を除去し、微孔性構造をもたらすことができる。

14多孔質材料の一般的なタイプ3
図2(左)異なる細孔径のSBA-15のTEM画像。 (右)トリブロック界面活性剤の疎水性末端は、形成されたシリカの細孔壁に入ります。か焼後、微細孔

HMMシリーズ

HMMは、Hiroshima Mesoporous Materialの略で、2009年に広島大学の研究者によって最初に作成されました。HMMは、細孔径4〜15 nm、調整可能な外径20〜80 nmの球状メソポーラスシリコン材料です。合成ステップでは、著者らは最初に油/水/界面活性剤混合溶液を介してエマルション液滴を形成し、次にその場で生成されたポリスチレン粒子をテンプレートとしてシリコンを成長させ、テンプレートが除去された後、球状メソポーラスシリカが得られます。 (微孔性およびメソ多孔性材料120(2009)447-453)

14多孔質材料の一般的なタイプ4
図3 HMM合成メカニズム図と製品のSEMおよびTEM画像

TUDシリーズ

TUDは、デルフト工科大学としても知られるTechnische Universiteit Delftの略です。電子顕微鏡写真では、TUD-1は表面積が400〜1000 m 2 / gの泡として、2.5〜25 nmの調整可能なメソ細孔として現れます。材料の合成には界面活性剤がなく、有機テンプレート剤としてトリエチルアミンを使用しています。細孔構造は、有機テンプレート剤とシリコン源の比率を調整することで制御できます。 (Chem。Commun。、2001、713-714)

14一般的なタイプの多孔質材料5
図4(左)TDU-1のSEM画像、(右)TDU-1をハードテンプレートとして合成されたメソポーラスカーボン材料

FSMシリーズ

FSMは、Folded Sheets Mesoporous Materialsの略です。その名前の文字通りの翻訳は、折り畳まれたシートのメソポーラス素材です。 FSM合成は、層状ケイ酸塩材料であるカネマイトと長鎖アルキルトリメチルアミン(ATMA)をアルカリ条件下で合成することです。混合処理イオン交換が発生して、3次元の六角形メソポーラスシリカ材料の狭い細孔径分布が得られます。 FSCの比表面積は650〜1000 m 2 / gで、細孔径は1.5〜3 nmです。 (Bull。Chem。Soc。Jpn。、69、No. 5(1996))

14多孔質材料の一般的なタイプ6
図5 FSMのTEMダイアグラム

KITシリーズ

KITは公式な声明を見つけませんでした。おそらく韓国科学技術院の略語です。また、注文したメソポーラスシリカ材料に属し、SBA-15(キュービックp6mm)一方向細孔構造とは異なり、KIT-6(キュービックla3d)は相互接続されたキュービックメソポーラス構造を持っています。 KIT-6の合成では、トリブロック界面活性剤(EO20PO70EO20)とブタノールの混合物を構造指向剤として使用しました。 KIT-6の細孔径は4〜12 nmで調整可能で、比表面積は960〜2200 m2 g-1です。 (Chem。Commun。、2003、2136-2137)

14多孔質材料の一般的なタイプ7
図6(左)SBA-15 p6mmとKIT-6 la3dの構造図、(右)KIT-6のTEM画像

CMKシリーズ

メソポーラスカーボンを合成する一般的な方法は、ハードテンプレート法です。 MCM-48やSBA-15などのメソポーラスモレキュラーシーブをテンプレートとして使用して、適切な前駆体を選択し、酸の触媒作用の下で前駆体を炭化して、メソポーラス材料Roadの細孔に堆積させ、NaOHまたはHFメソポーラスSiO2で溶解します。メソポーラスカーボンを得るために。 1999年に、Ryooはメソポーラス材料をハードテンプレートとして使用して、他のメソポーラス材料を複製することに成功しました。 CMKという名前のこの一連の資料。また、正式なネーミングは見つかりませんでしたが、おそらくカーボンモレキュラーシーブスと韓国はネーミングを組み合わせたものです。彼は、MCM-48、SBA-1、SBA-15、およびKIT-6をテンプレートとして使用して、CMK-1、CMK-2、CMK-3、CMK-8、およびCMK-9メソポーラスカーボンモレキュラーシーブ材料を連続して製造しています。 (J. Phys。Chem。B、103、37、1999。)CMK-3は、狭い細孔径分布、高い比表面積(1000-2000 m2 / g)、大きな細孔容積1.35を持つ2次元の六角形構造です。 cm3 / g)および強酸およびアルカリ耐性、優れた触媒担体です。

14一般的なタイプの多孔質材料8
図7 CMK-1とCMK-3のTEM画像

FDUシリーズ

FDUシリーズは復旦大学の略で、復旦大学に戻った後、趙東苑教師によって行われた作品です。 FDUは、ソフトテンプレート法で合成された一連のフェノール樹脂です。秩序化したメソポーラス炭素材料は、高温炭化により合成でき、球状の細孔から構成されます。同じことは、界面活性剤を構造指向剤として使用すること、フェノール樹脂前駆体を原料として使用すること、規則正しい構造を得るための溶媒蒸発自己集合法によるものです。 (Angew。Chem。Int。Ed。2005、44、7053-7045)

14多孔質材料の一般的なタイプ9
図8高温炭化後のFDU-15およびFDU-16

STARBONシリーズ

Starbonは、メソポーラスカーボン材料の名前です。元のスターボンはスターチのゾル-ゲル法によってヨーク大学の研究者によって合成され、その後炭化されたためです。そのため、その名前はスターボンであり、ブランド名「スターボン」を登録しました。スターボンメソポア体積2.0 cm3 / g、比表面積500 m2 / gは、触媒担体、ガス吸着剤または水浄化剤として使用できます。これでスターボンの原料をペクチンとアルギン酸に拡張できます。

14多孔質材料の一般的なタイプ10
図9(左)スターボン合成ステップ、(右)スターボンのSEM画像

ZSMシリーズ

ZSMはゼオライトソコニーモービルの略称であり、ZSM-5は商品名で、ソコニーモービルコーポレーションが発見した5番目のゼオライトです。 Natureは1975年に合成され、1978年にその構造を報告しました。ZSM-5は斜方晶系です。これは、高シリコンと5員環を備えた3次元クロスチャネルを備えた一種のゼオライトモレキュラーシーブです。それは親油性で疎水性であり、熱的および水熱的安定性が高く、ほとんどの細孔の直径は約0.55 nmのホールゼオライトです。

14一般的なタイプの多孔質材料11
図10 TPABr合成ZSM-5

AlPOシリーズ

AlPOは、1980年代から米国のUOP Companyが開発した「第2世代モレキュラーシーブ」である、無酸微孔性アルミノリン酸塩モレキュラーシーブの略です。これらのモレキュラーシーブのフレームワークは、等量のAlO4およびPO4四面体で構成され、電気的に中性であり、より弱い酸触媒特性を示します。ヘテロ原子の導入により、AlPOゼオライトフレームワークの元の電荷のバランスを崩すことができるため、その酸性度、吸着性能、および触媒活性が大幅に向上しました。 AlPO4-5のフレームワーク構造は六角形のシステムに属し、典型的な12員環メインチャネルの孔径は0.76 nmで、芳香族化合物のそれに匹敵します。

SAPOシリーズ

SAPOはSilicoaluminophosphateの略で、SAPO-34は1982年にUCCによって最初に報告されたモレキュラーシーブで、34はコードです。 SAPO-34の骨格はPO2 +、SiO2、AlO2-で構成され、3次元のクロスチャネル、8リングの細孔径、中程度の酸性サイトを持っています。吸着分離や膜分離だけでなく、優れた性能を示しました。 SAPO-11の組成はSi、P、Al、Oの4種類で、その組成は広範囲で変更でき、製品のシリコン含有量は合成条件によって異なります。 SAPO-11メソポーラスゼオライト、1次元の10リング構造、楕円形の穴。 SAPOモレキュラーシーブフレームワークは負に帯電しているため、交換可能なカチオンを持ち、プロトン酸の酸性度を持っています。 SAPOモレキュラーシーブは、吸着剤、触媒、触媒担体として使用できます。

14多孔質材料の一般的なタイプ12
図11結晶化時間が48時間のSAPO-11のSEM画像


一般に使用されない他の多孔質材料がいくつかあります。
MSU  (ミシガン州立大学)は、Pinnavaiaらによって開発された一連のメソポーラス分子ふるいです。ミシガン大学の。 MSU-X(MSU-1、MSU-2、MSU-3)。 MSU-V、MSU-Gは多層ベシクルの層状構造を持っています。

HMS

(ヘキサゴナルメソポーラスシリカ)は、Pinnavaia et al。が開発したメソポーラスモレキュラーシーブで、秩序度の低い六角形構造です。

APM

(酸で調製されたメソ構造)、Stuckyらによる初期の研究は、酸性条件下で調製され、MCMシリーズの合成プロセス(アルカリ性媒体)の延長でした。
名前が非常にユニークであるだけでなく、多孔質材料の用途も非常に広範です。

1.効率的なガス分離膜。

2.化学プロセス触媒膜;

3.高速電子システムの基板材料;

4.光通信材料の前駆体;

5.非常に効率的な断熱材;

6.燃料電池用の多孔質電極。

7.電池用の分離媒体と電極;

8.貯蔵媒体の燃料(天然ガスおよび水素を含む)。

9.環境を浄化する吸収剤の選択;

10.特別な再利用可能なフィルター。これらのアプリケーションは、産業用アプリケーションと人々の日常生活に大きな影響を与えます。


参照:1. J.アムChem。 Soc。、1992、114(27)、pp 10834-10843.2。サイエンス1998年1月23日:279、5350、548-552.3。微孔性およびメソ多孔性材料120(2009)447-453.4。 Chem。 Commun。、2001、713-714.5。ブル。 Chem。 Soc。 Jpn。、69、No. 5(1996)6。 J. Chem。 Soc。、Chem。コミュ。 1993、8、680.7。 Chem。 Commun。、2003、2136-2137.8。 J. Phys。 Chem。 B、103、37、1999.9。怒り。 Chem。 Int。エド。 2005、44、7053〜7059。

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