다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 1

UPAC는 기공 크기 규모에 따라 기공을 미세 기공 (<2nm), 메조 기공 또는 메조 기공 (2-50nm), 거대 기공 (> 50nm)으로 분리합니다. 최신 정의에 따르면, 기공은 미세 기공 (<0.7 nm) 및 미세 극 (0.7-2 nm)으로 세분되며, 100 nm 미만의 우물은 집합 적으로 나노 기공으로 지칭된다. 이 구멍 재료의 이름은 어떻게 생겼습니까?

MCM 시리즈

MCM은 Mobil Composition of Matter의 약자입니다. 주로 실리콘 소스로 에틸 실리케이트를 사용하는 Mobil Oil 연구원들은 미셀 기반 소프트 템플릿 방법으로 합성했습니다. MCM 총사는 MCM-41, MCM-48 및 MCM-50입니다. MCM-41은 육각형 메조 포러스 구조이며, 1 차원 기공 구조로 만들어진 규칙적인 원통형 메조 포어의 배열입니다. 메소 포어 직경은 2-6.5 nm에서 조절 가능하며 큰 비 표면적. 분 자체와 비교하여, MCM-41에는 브 nst 스 테드 산 부위가 없다. Si-O 결합은 벽이 얇고 실리콘 단위의 낮은 교환 율로 인해 끓는 물에서 가수 분해 및 재가 교되어 구조적 손상을 초래합니다. 따라서 열 안정성이 좋지 않습니다. MCM-41의 합성에 관한 최초의 논문은 1992 년 JAC에 발표되었으며 인용은 거의 12,000 개의 인용을 가지고 있습니다. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), pp 10834-10843) MCM-48은 3 차원 적으로 상호 연결된 셀 구조를 갖는다. MCM-50은 라멜라 구조이며, 계면 활성제-형성 층의 제거시 라멜라 구조가 붕괴되기 때문에 "공포 성"보다는 "메조 구조"로만 지칭 될 수 있고, 기공이 없기 때문에, 이는 깊은 것은 아니다. 

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 2
그림 1 MCM-41 합성 메커니즘 다이어그램, 사용 된 계면 활성제는 음이온 성 계면 활성제

SBA 시리즈

SBA는 Santa Barbara Amorphous의 약자입니다. 그중에서도 큰 이름은 SBA-15입니다. SBA-15는 1998 년 Fudan University의 교사 인 Zhao Dongyuan에 의해 미국 캘리포니아 대학교 산타 바바라에서 대학원 과정을 마친 후 처음으로 합성되었습니다. 그 해에 Science에 출판되었으며 10,000 회 이상 인용되었습니다 ( 과학 1998 년 1 월 23 일 : 279, 5350, 548-552.). SBA 계열 메조 포러스 실리카 물질은 블록 형 계면 활성제를 사용하는 연질 주 형법을 사용하여 합성된다; 그것의 기공 크기는 5-30 nm의 범위에서 조정 가능하다. SBA-15는 셀 벽 두께가 3-6 nm 인 임의의 순서로 정렬 된 몇 개의 메조 기공 또는 기공을 갖는 일련의 육각형 평행 원통형 채널로 구성됩니다. SBA-15의 두꺼운 세포벽으로 인해 재료의 열수 안정성이 MCM 시리즈의 열수 안정성보다 우수합니다. SBA-15는 메조 포러스 물질을 모두 포함하는 다차원 다공성 물질입니다. 소성 공정 동안 기공 벽에 내장 된 계면 활성제를 제거하여 미세 다공성 구조를 생성 할 수 있습니다.

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 3
기공 크기가 다른 SBA-15의 그림 2 (왼쪽) TEM 이미지. (오른쪽) 3 블록 계면 활성제의 소수성 말단은 형성된 실리카의 기공 벽으로 들어갈 것이다. 소성 후 미세 구멍

HMM 시리즈

HMM은 Hiroshima Mesoporous Material의 약자이며 2009 년 Hiroshima University의 연구원들에 의해 처음으로 준비되었습니다. HMM은 기공 크기가 4-15nm이고 조정 가능한 외경이 20-80nm 인 구형 메조 포러스 실리콘 물질입니다. 합성 단계에서, 저자는 먼저 오일 / 물 / 계면 활성제 혼합 용액을 통해 에멀젼 액 적을 형성 한 다음, 템플릿으로서 인시 튜 (in situ) 생성 된 폴리스티렌 입자로 실리콘을 성장시켜, 템플릿이 제거 된 후 구형 메조 포러스 실리카를 생성한다. (미 공성 및 메조 기공 재료 120 (2009) 447-453.)

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 4
그림 3 HMM 합성 메커니즘 다이어그램 및 제품 SEM 및 TEM 이미지

TUD 시리즈

TUD는 Delft University of Technology로도 알려진 Technische Universiteit Delft의 약자입니다. 전자 현미경 사진에서 TUD-1은 400-1000 m2 / g의 표면적과 2.5 ~ 25 nm의 가변 메조 포어를 갖는 폼으로 나타납니다. 재료의 합성에는 계면 활성제가 없으며 유기 주형 제로 트리 에틸 아민이 사용됩니다. 기공 구조는 유기 주 형제 및 실리콘 소스의 비율을 조정함으로써 제어 될 수있다. (Chem. Commun., 2001, 713-714)

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 5
그림 4 (왼쪽) TDU-1의 SEM 이미지, (오른쪽) TDU-1을 단단한 템플릿으로 합성 한 메조 포러스 탄소 재료

FSM 시리즈

FSM은 접힌 시트 메조 포러스 재료의 줄임말입니다. 그 이름의 리터럴 번역은 접힌 시트 메조 포러스 물질입니다. FSM 합성은 알칼리 조건 하에서 층상 실리케이트 물질 카네 마이트 및 장쇄 알킬 트리메틸 아민 (ATMA)의 합성이며, 3 차원 육각형 메소 포러스 실리카 물질의 좁은 기공 크기 분포를 얻기 위해 혼합 처리 이온 교환이 일어난다. FSC의 비 표면적은 650-1000 m2 / g이며 기공 크기는 1.5-3 nm입니다. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, No. 5 (1996))

다공성 물질의 일반적인 유형 6
그림 5 FSM의 TEM 다이어그램

키트 시리즈

KIT는 한국 과학 기술원의 약자 인 공식적인 진술을 찾지 못했다. 또한 SBA-15 (입방체 p6mm) 단방향 기공 구조와는 다른 정렬 된 메조 포러스 실리카 재료에 속하며, KIT-6 (입방체 la3d)은 입방체 메조 포러스 구조를 상호 연결했습니다. KIT-6의 합성에있어서, 구조 지시 제로서 트리 블록 계면 활성제 (EO20PO70EO20)와 부탄올의 혼합물을 사용 하였다. KIT-6 기공 크기는 4-12 nm에서 조정할 수 있으며 비 표면적은 960-2200 m2 g-1입니다. (Chem. Commun., 2003, 2136-2137)

다공성 물질의 일반적인 유형 7
그림 6 (왼쪽) SBA-15 p6mm 및 KIT-6 la3d의 구조 다이어그램, (오른쪽) KIT-6의 TEM 이미지

CMK 시리즈

메조 포러스 카본을 합성하는 일반적인 방법은 하드 템플릿 방법입니다. MCM-48 및 SBA-15와 같은 메조 포러스 분 자체는 적절한 전구체를 선택하고, 산의 촉매 하에서 전구체를 탄화시키고 메조 포러스 물질의 기공에 침착시킨 다음 NaOH 또는 HF 메조 포러스 SiO2로 용해시키는 주형으로 사용됩니다. 메조 포러스 카본을 얻을 수 있습니다. 1999 년, Ryoo는 메조 포러스 재료를 단단한 템플릿으로 사용하여 다른 메조 포러스 재료를 복제하는 데 성공했습니다. CMK라는이 일련의 재료. 또한 공식적인 이름은 찾지 못했지만, 아마도 탄소 분 자체와 한국의 결합 된 이름은 찾을 수 있습니다. 그는 MCM-48, SBA-1, SBA-15 및 KIT-6을 주형으로 사용하여 CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 및 CMK-9 메조 포러스 탄소 분 자체 재료를 연속적으로 생산했습니다. CMK-3은 좁은 기공 크기 분포, 높은 비 표면적 (1000-2000 m2 / g), 큰 기공 부피 1.35를 갖는 2 차원 6 각형 구조이다 (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.). cm3 / g) 및 강산 및 알칼리 저항성은 우수한 촉매 담체이다.

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 8
그림 7 CMK-1 및 CMK-3의 TEM 이미지

FDU 시리즈

FDU 시리즈는 Fudan University의 약자이며 Fudan University로 돌아온 후 Zhao Dongyuan 교사가 수행 한 작업입니다. FDU는 연질 템플레이트 방법으로 합성 된 일련의 페놀 수지입니다. 정렬 된 메조 포러스 탄소 재료는 고온 탄화에 의해 합성 될 수 있고 구형 기공으로 구성된다. 구조 지시 제로서 계면 활성제의 사용, 원료로서 페놀 수지 전구체의 사용, 용매 증발 자기 조립법에 의해 질서 정연한 구조를 얻는 것도 동일하다. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7045)

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 9
그림 8 고온 탄화 후 FDU-15 및 FDU-16

스타 본 시리즈

스타 본은 메조 포러스 탄소 재료의 이름입니다. 원래 Starbon은 Starch의 sol-gel 방법으로 York University의 연구원들에 의해 합성 된 후 탄화되기 때문입니다. 따라서 이름은 Starbon이며 브랜드 이름은 "Starbon"입니다. 비 표면적 500 m2 / g 인 2.0 cm3 / g의 스타 본 메소 포어 부피는 촉매 담체, 가스 흡착제 또는 정수 제로 사용될 수있다. 이제 스타 본 원료는 펙틴과 알긴산으로 확장 될 수 있습니다.

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 10
그림 9 (왼쪽) 스타 본 합성 단계, (오른쪽) 스타 본의 SEM 이미지

ZSM 시리즈

ZSM은 Zeolite Socony Mobil의 약자이며 ZSM-5는 Socony Mobil Corporation이 발견 한 다섯 번째 Zeolite 인 상표명입니다. 1975 년에 합성 된 Nature는 1978 년에 그 구조를보고했다. ZSM-5는 정사각형 시스템이다. 높은 규소 및 5 원 고리를 갖는 3 차원 교차 채널을 갖는 일종의 제올라이트 분 자체이다. 친 유성이고 소수성이며, 열 및 열수 안정성이 높으며, 대부분의 기공은 직경이 약 0.55 nm 인 홀 제올라이트이다.

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 11
그림 10 TPABr 합성 ZSM-5

AlPO 시리즈

AlPO는 산이없는 미세 다공성 알루미 노 포스페이트 분 자체의 약자로 1980 년대 이후 미국 UOP Company에서 개발 한 "2 세대 분 자체"입니다. 이들 분 자체 프레임 워크는 동일한 양의 AlO4- 및 PO4- 사면체로 구성되며 전기적으로 중성이며 약한 산-촉매 특성을 나타낸다. 헤테로 원자를 도입함으로써, AlPO 제올라이트 골격의 원래 전하 균형이 분해 될 수있어서, 이의 산도, 흡착 성능 및 촉매 활성이 상당히 개선되었다. AlPO4-5의 골격 구조는 6 각형 시스템에 속하며 0.76 nm의 기공 크기를 갖는 전형적인 12 원 고리 주 채널로 방향족의 구조와 비슷하다.

SAPO 시리즈

SAPO는 Silicoaluminophosphate의 약자이며, SAPO-34는 1982 년 UCC에서 처음보고 한 분 자체이며 34는 코드입니다. SAPO-34의 골격은 PO2 +, SiO2, AlO2-로 구성되며 3 차원 교차 채널, 8 링 기공 직경 및 중간 산 위치를가집니다. 흡착 분리 및 막 분리뿐만 아니라 우수한 성능을 보여 주었다. SAPO-11의 조성은 Si, P, Al 및 O 4 종이며, 그 조성은 광범위하게 변경 될 수 있으며, 생성물의 규소 함량은 합성 조건에 따라 달라진다. 타원형 구멍에 1 차원 10- 링 구조를 갖는 SAPO-11 메조 포러스 제올라이트. SAPO 분 자체 프레임 워크는 음전하를 띠기 때문에 양이온 교환이 가능하며 양성자 산도를 가진다. SAPO 분 자체는 흡착제, 촉매 및 촉매 담체로서 사용될 수있다.

다공성 물질의 14 가지 일반적인 유형 12
그림 11 결정화 시간이 48 시간 인 SAPO-11의 SEM 이미지


일반적으로 사용되지 않는 몇 가지 다른 다공성 재료가 있습니다.
MSU  (Michigan State University)는 Pinnavaia 등이 개발 한 일련의 메조 포러스 분 자체입니다. 미시간 대학교 MSU-X (MSU-1, MSU-2 및 MSU-3). MSU-V, MSU-G는 다층 소포의 층 구조를 가지고 있습니다.

HMS

(육각 메조 포러스 실리카)는 Pinnavaia et al.에 의해 개발 된 메조 포러스 분 자체이며, 이는 또한 낮은 차수를 갖는 육각형 구조이다.

APM

Stucky 등의 초기 연구 인 산성 준비된 메조 구조는 산성 조건 하에서 제조되었으며 MCM 계열의 합성 공정 (알칼리성 매체)의 확장이었다.
이름이 매우 독창적 일뿐만 아니라 다공성 재료의 적용 또한 매우 광범위합니다.

1. 효율적인 가스 분리막;

2. 화학 공정 촉매 막;

고속 전자 시스템을위한 3.Substrate 물자;

4. 광통신 재료의 전구체;

5. 고효율 단열재;

연료 전지용 다공성 전극; 6.

7. 배터리 용 분리 매체 및 전극;

8. 저장 매체의 연료 (천연 가스 및 수소 포함);

9. 환경 정화 흡수제의 선택;

10. 특수 재사용 가능한 필터. 이러한 응용 프로그램은 산업 응용 프로그램과 사람들의 일상 생활에 큰 영향을 미칩니다.


참고 문헌 :1. J. Am. 화학 Soc., 1992, 114 (27), pp 10834-10843.2. 과학 1998 년 1 월 23 일 : 279, 5350, 548-552.3. 미세 다공성 및 메조 다공성 물질 120 (2009) 447-453.4. 화학 Commun., 2001, 713-714.5. 황소. 화학 Soc. Jpn., 69, No. 5 (1996) 6. J. Chem. Soc., Chem. 코뮌. 1993, 8, 680.7. 화학 Commun., 2003, 2136-2137.8. J. Phys. 화학 B, 103, 37, 1999.9. 앵거 화학 Int. 에드 2005, 44, 7053-7059.

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