14 loại vật liệu xốp phổ biến 1

UPAC phân tách lỗ chân lông thành micropores (<2nm), mesopores hoặc mesopores (2 đến 50nm), macropores (> 50nm) theo tỷ lệ kích thước lỗ chân lông; theo định nghĩa mới nhất, các lỗ chân lông được phân chia thành Micropores (<0,7nm) và micropoles (0,7-2nm), trong khi các giếng dưới 100nm được gọi chung là nanopores. Vậy tên của các vật liệu lỗ này đến từ đâu?

Dòng MCM

MCM là viết tắt của Mobil Thành phần của Vật chất. Chủ yếu bởi các nhà nghiên cứu của Mobil Oil, sử dụng ethyl silicate làm nguồn silicon, được tổng hợp bằng phương pháp mẫu mềm dựa trên micelle. MCM Những người lính ngự lâm là MCM-41, MCM-48 và MCM-50. MCM-41 là một cấu trúc mesopious hình lục giác, sự sắp xếp của một mesopores hình trụ thông thường được làm bằng cấu trúc lỗ một chiều. Đường kính Mesopore có thể điều chỉnh trong khoảng 2-6,5nm, diện tích bề mặt riêng lớn. So với sàng phân tử, không có vị trí axit Bronsted trong MCM-41. Do thành mỏng và tỷ lệ trao đổi đơn vị silicon thấp, liên kết Si-O bị thủy phân và liên kết lại trong nước sôi, dẫn đến hư hỏng cấu trúc. Do đó, ổn định nhiệt là không tốt. Các bài báo sớm nhất về tổng hợp MCM-41 đã được xuất bản trong JACs năm 1992, và các trích dẫn hiện có gần 12.000 trích dẫn. (J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), tr 10834-10843.) MCM-48 có cấu trúc tế bào liên kết ba chiều. MCM-50 là một cấu trúc lamellar và chỉ có thể được gọi là cấu trúc mesostr cấu trúc chứ không phải là mes mesious bởi vì cấu trúc lamellar sụp đổ khi loại bỏ lớp hình thành chất hoạt động bề mặt, và vì không có lỗ rỗng, nên nó không sâu. 

14 loại vật liệu xốp phổ biến 2
Hình 1 Sơ đồ cơ chế tổng hợp MCM-41, chất hoạt động bề mặt được sử dụng là chất hoạt động bề mặt anion

SBA loạt

SBA là viết tắt của Santa Barbara vô định hình. Trong số đó, tên tuổi lớn là SBA-15. SBA-15 lần đầu tiên được tổng hợp bởi Zhao Dongyuan, một giáo viên tại Đại học Fudan năm 1998 sau khi thực hiện nghiên cứu sau đại học tại Santa Barbara, Đại học California, Hoa Kỳ. Nó được xuất bản trên Science năm đó và đã được trích dẫn hơn 10.000 lần ( Khoa học 23 tháng 1 năm 1998: 279, 5350, 548-552.). SBA loạt vật liệu silica trung tính được tổng hợp bằng phương pháp khuôn mềm sử dụng chất hoạt động bề mặt loại khối; kích thước lỗ chân lông của nó được điều chỉnh trong phạm vi 5-30nm. SBA-15 bao gồm một loạt các kênh hình trụ song song hình lục giác với một vài mesopores hoặc lỗ chân lông được sắp xếp theo thứ tự ngẫu nhiên với độ dày thành tế bào 3-6nm. Do thành tế bào dày hơn của SBA-15, độ ổn định thủy nhiệt của vật liệu tốt hơn so với dòng MCM. SBA-15 là một vật liệu xốp đa chiều có chứa cả vật liệu mê hoặc. Nó có thể loại bỏ chất hoạt động bề mặt được nhúng trong các lỗ rỗng trong quá trình nung, dẫn đến cấu trúc vi mô.

14 loại vật liệu xốp phổ biến 3
Hình 2 (trái) Ảnh TEM của SBA-15 với các kích cỡ lỗ khác nhau. Đầu kỵ nước của chất hoạt động bề mặt Triblock (phải) sẽ đi vào thành lỗ rỗng của silica hình thành. Sau khi nung, micropores

Dòng HMM

HMM là tên viết tắt của Vật liệu Mesopious Hiroshima và được các nhà nghiên cứu từ Đại học Hiroshima chuẩn bị lần đầu tiên vào năm 2009. HMM là một vật liệu silicon hình cầu có kích thước lỗ rỗng 4-15nm và đường kính ngoài có thể điều chỉnh 20-80nm. Trong bước tổng hợp, các tác giả lần đầu tiên hình thành các giọt nhũ tương qua dung dịch hỗn hợp dầu / nước / chất hoạt động bề mặt và sau đó phát triển silic với các hạt polystyrene được tạo ra như một khuôn mẫu, dẫn đến silica hình cầu sau khi loại bỏ mẫu. (Tài liệu vi mô và trung bình 120 (2009) 447-453.)

14 loại vật liệu xốp phổ biến 4
Hình 3 Sơ đồ cơ chế tổng hợp HMM và hình ảnh sản phẩm SEM và TEM

TUD loạt

TUD là viết tắt của Technische Universiteit Delft, còn được gọi là Đại học Công nghệ Delft. Trong máy vi tính điện tử TUD-1 xuất hiện dưới dạng bọt với diện tích bề mặt 400-1000 m2 / g và một mesopore có thể điều chỉnh trong khoảng từ 2,5 đến 25nm. Trong quá trình tổng hợp vật liệu, không có chất hoạt động bề mặt và triethylamine được sử dụng làm tác nhân mẫu hữu cơ. Cấu trúc lỗ chân lông có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tỷ lệ của tác nhân mẫu hữu cơ và nguồn silicon. (Hóa học Cộng đồng., 2001, 713-714)

14 loại vật liệu xốp phổ biến 5
Hình 4 (trái) Ảnh SEM của TDU-1, (phải) Vật liệu carbon trung tính được tổng hợp với TDU-1 dưới dạng mẫu cứng

Dòng FSM

FSM là viết tắt của Folded Sheets Mesopious Vật liệu. Dịch nghĩa đen của tên của nó là, gấp tờ tài liệu mesopious. Tổng hợp FSM là tổng hợp vật liệu silicat phân lớp Kanemite và alkyl trimethylamine chuỗi dài (ATMA) trong điều kiện kiềm trao đổi ion xử lý hỗn hợp xảy ra để thu được phân bố kích thước lỗ rỗng hẹp của vật liệu silica hình lục giác ba chiều. FSC có diện tích bề mặt cụ thể là 650-1000 m2 / g và kích thước lỗ rỗng 1,5-3nm. (Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, Số 5 (1996))

14 loại vật liệu xốp phổ biến 6
Hình 5 Sơ đồ TEM của FSM

Loạt KIT

KIT không tìm thấy một tuyên bố chính thức, rất có thể là tên viết tắt của Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc. Cũng thuộc về vật liệu silic mesopomatic được đặt hàng, khác với cấu trúc lỗ rỗng đơn hướng SBA-15 (khối p6mm), KIT-6 (khối la3d) có cấu trúc khối trung mô liên kết với nhau. Trong quá trình tổng hợp KIT-6, hỗn hợp chất hoạt động bề mặt Triblock (EO20PO70EO20) và butanol đã được sử dụng làm tác nhân định hướng cấu trúc. Kích thước lỗ rỗng KIT-6 có thể điều chỉnh trong 4-12nm, diện tích bề mặt cụ thể là 960-2200 m2 g-1. (Hóa học Cộng đồng., 2003, 2136-2137)

14 loại vật liệu xốp phổ biến 7
Hình 6 (trái) Sơ đồ cấu trúc của SBA-15 p6mm và KIT-6 la3d, (phải) Ảnh TEM của KIT-6

Dòng CMK

Phương pháp phổ biến để tổng hợp carbon mesopious là phương pháp mẫu cứng. Các sàng phân tử trung tính như MCM-48 và SBA-15 được sử dụng làm khuôn mẫu để chọn các tiền chất thích hợp, cacbon hóa các tiền chất dưới sự xúc tác của axit và lắng đọng trên các lỗ của vật liệu huyền phù Road, sau đó hòa tan với SiO2 huyền phù NaOH hoặc HF. để có được carbon trung tính. Năm 1999, Ryoo đã thành công trong việc tái tạo các vật liệu mê hoặc khác bằng cách sử dụng các vật liệu huyền bí làm mẫu cứng. Loạt tài liệu này có tên CMK. Cũng không tìm thấy cách đặt tên chính thức, nhưng rất có thể là sàng phân tử Carbon và Hàn Quốc kết hợp đặt tên. Ông đã liên tiếp sản xuất CMK-1, CMK-2, CMK-3, CMK-8 và CMK-9 bằng vật liệu rây phân tử carbon sử dụng MCM-48, SBA-1, SBA-15 và KIT-6 làm mẫu. (J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.) CMK-3 là cấu trúc hình lục giác hai chiều với phân bố kích thước lỗ hẹp, diện tích bề mặt riêng cao (1000-2000 m2 / g), thể tích lỗ rỗng lớn 1,35 cm3 / g) và kháng axit và kiềm mạnh, là chất mang xúc tác tốt.

14 loại vật liệu xốp phổ biến 8
Hình 7 Ảnh TEM của CMK-1 và CMK-3

Dòng FDU

Sê-ri FDU là viết tắt của Đại học Fudan và là tác phẩm được thực hiện bởi giáo viên Zhao Dongyuan sau khi trở lại Đại học Fudan. FDU là một loạt các nhựa phenolic được tổng hợp bằng phương pháp khuôn mềm. Các vật liệu carbon mesopious có thể được tổng hợp bằng cách carbon hóa nhiệt độ cao và bao gồm các lỗ chân lông hình cầu. Tương tự là việc sử dụng chất hoạt động bề mặt làm tác nhân định hướng cấu trúc, sử dụng tiền chất nhựa phenolic làm nguyên liệu, bằng phương pháp tự lắp ráp bay hơi dung môi để có được cấu trúc có trật tự. (Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053-7045)

14 loại vật liệu xốp phổ biến 9
Hình 8 FDU-15 và FDU-16 sau khi cacbon hóa ở nhiệt độ cao

Sê-ri STARBON

Starbon là tên của vật liệu carbon mê hoặc. Bởi vì Starbon ban đầu được các nhà nghiên cứu tại Đại học York tổng hợp bằng phương pháp sol-gel của Tinh bột và sau đó được cacbon hóa. Do đó, tên của nó là Starbon, và đã đăng ký tên thương hiệu là Star Starbon. Khối lượng mesopore của Starbon là 2,0 cm3 / g, diện tích bề mặt cụ thể là 500 m2 / g, có thể được sử dụng làm chất mang xúc tác, hấp phụ khí hoặc chất làm sạch nước. Bây giờ nguyên liệu thô Starbon có thể được mở rộng thành pectin và axit alginic.

14 loại vật liệu xốp phổ biến 10
Hình 9 (trái) Bước tổng hợp Starbon, (phải) Ảnh SEM của Starbon

Dòng ZSM

ZSM là tên viết tắt của Zeolite Socony Mobil và ZSM-5 là tên thương mại, là Zeolite thứ năm được tìm thấy bởi Socony Mobil Corporation. Được tổng hợp vào năm 1975, Thiên nhiên đã báo cáo cấu trúc của nó vào năm 1978. ZSM-5 là một hệ thống chỉnh hình. Nó là một loại rây phân tử zeolite với các kênh chéo ba chiều với vòng silicon cao và năm thành viên. Nó là oleophilic và kỵ nước, có độ ổn định nhiệt và thủy nhiệt cao, và hầu hết các lỗ chân lông có đường kính khoảng 0,55nm Hole Zeolite.

14 loại vật liệu xốp phổ biến 11
Hình 10 TPABr tổng hợp ZSM-5

Dòng AlPO

AlPO là tên viết tắt của rây phân tử aluminophosphate không chứa axit, đây là rây phân tử thế hệ thứ hai, do Công ty UOP của Hoa Kỳ phát triển từ những năm 1980. Các khung sàng phân tử này bao gồm một lượng bằng nhau của tứ diện AlO4- và PO4- và trung hòa về điện và cho thấy các đặc tính xúc tác axit yếu hơn. Với sự ra đời của các dị thể, sự cân bằng điện tích ban đầu của khung zeolite AlPO có thể bị phá vỡ, do đó tính axit, hiệu suất hấp phụ và hoạt động xúc tác của nó được cải thiện đáng kể. Cấu trúc khung của AlPO4-5 thuộc hệ thống lục giác, với kênh chính vòng 12 thành viên điển hình với kích thước lỗ 0,76nm, tương đương với hệ thống thơm.

Loạt SAPO

SAPO là tên viết tắt từ Silicoaluminophosphate, SAPO-34 là rây phân tử được báo cáo đầu tiên bởi UCC vào năm 1982 và 34 là mã. Bộ xương của SAPO-34 bao gồm PO2 +, SiO2, AlO2- và có các kênh chéo ba chiều, đường kính lỗ rỗng tám vòng và vị trí axit vừa phải. Cũng như tách hấp phụ và tách màng cho thấy hiệu suất tuyệt vời. Thành phần của SAPO-11 là bốn loại Si, P, Al và O, thành phần của nó có thể thay đổi trong phạm vi rộng, hàm lượng silicon của sản phẩm thay đổi theo điều kiện tổng hợp. Zeolit SAPO-11, với cấu trúc mười vòng một chiều, thành một lỗ hình bầu dục. Khung sàng phân tử SAPO được tích điện âm và do đó có các cation trao đổi và có tính axit proton. Sàng phân tử SAPO có thể được sử dụng làm chất hấp phụ, chất xúc tác và chất xúc tác.

14 loại vật liệu xốp phổ biến 12
Hình 11 Ảnh SEM của SAPO-11 với thời gian kết tinh là 48h


Có một số Vật liệu xốp khác không được sử dụng phổ biến:
MSU  (Đại học bang Michigan) là một loạt các sàng phân tử mê hoặc được phát triển bởi Pinnavaia et al. Đại học Michigan. MSU-X (MSU-1, MSU-2 và MSU-3). MSU-V, MSU-G có cấu trúc phân lớp của các túi đa bào.

HMS

(Hexagonal Mesopious Silica) là một rây phân tử mesopious được phát triển bởi Pinnavaia và cộng sự, đây cũng là một cấu trúc hình lục giác với mức độ trật tự thấp.

APM

(cấu trúc mes chuẩn bị axit), một nghiên cứu ban đầu của Stucky và cộng sự, đã được điều chế trong điều kiện axit và là một phần mở rộng của chuỗi MCM của các quá trình tổng hợp (môi trường kiềm).
Không chỉ tên rất độc đáo, ứng dụng của vật liệu xốp cũng rất rộng rãi, là:

1. Màng tách khí hiệu quả;

2. Quá trình hóa học màng xúc tác;

3.Substrate vật liệu cho các hệ thống điện tử tốc độ cao;

4. tiền chất cho vật liệu truyền thông quang học;

5. vật liệu cách nhiệt hiệu quả cao;

6. điện cực xốp cho pin nhiên liệu;

7. phương tiện phân tách và điện cực cho pin;

8. nhiên liệu (bao gồm khí tự nhiên và hydro) Trong môi trường lưu trữ;

9. Lựa chọn chất làm sạch môi trường;

10. Bộ lọc tái sử dụng đặc biệt. Những ứng dụng này sẽ có tác động sâu sắc đến các ứng dụng công nghiệp và cuộc sống hàng ngày của mọi người.


Người giới thiệu:1. J. Am. Hóa. Sóc., 1992, 114 (27), tr 10834-10843.2. Khoa học 23 tháng 1 năm 1998: 279, 5350, 548-552.3. Tài liệu vi mô và trung bình 120 (2009) 447-453.4. Hóa. Cộng đồng, 2001, 713-714.5. Bò đực. Hóa. Sóc. Jpn., 69, số 5 (1996) 6. J. Hóa. Sóc., Hóa. Cộng đồng. 1993, 8, 680.7. Hóa. Cộng đồng, 2003, 2136-2137.8. J. Vật lý. Hóa. B, 103, 37, 1999.9. Tức giận. Hóa. Nội bộ Ed. 2005, 44, 7053-7059.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

viTiếng Việt