Mezoporézní materiál

Pesoporous materiál je materiál , jehož póry mají průměr mezi 2 a 50  nm, v souladu s definicí IUPAC . IUPAC tedy definuje materiál, jehož póry mají průměr menší než 2  nm, jako mikroporézní , a materiál, jehož póry mají průměr větší než 50  nm, jako makroporézní . IUPAC také definuje mezoporéální materiál jako neuspořádaný nebo uspořádaný v mezostruktuře. V krystalizovaných minerálech mezoporézní struktura významně snižuje počet krystalických ok materiálu, což významně mění jeho chemické vlastnosti. Výkony elektroaktivních mezoporézních materiálů v elektrických akumulátorech se tedy významně liší od vlastností pevných materiálů.

Typickými mezoporézními materiály jsou látky jako mezoporézní oxid křemičitý a některé aluminy . Známé jsou také oxidy mezoporézní niob , tantal , titan , zirkonium , cer a cín . Aktivní uhlí je pravděpodobně nejlepší známý z těchto materiálů, s porozitou v mezoporézních a mikroporézních oblastí podle způsobu jeho výroby. Tyto uhlíkové nanostrukturní materiály , známé také objednat mezoporézní uhlíku (jak po vzoru anglického objednat mezoporézní Carbon ) aktivně studovány pro jejich přímé aplikace v konverzi zařízení a skladování energie. Tento nanostrukturovaný uhlík má poréznost v mezoporézní doméně, což významně zvyšuje jeho specifický povrch .

Výroba mezoporézního oxidu křemičitého byla patentována v 70. a 80. letech a metody založené na Stöberově procesu z roku 1968 se používaly i v roce 2015. Ten byl v té době prakticky nepozorován, poté byl exhumován v roce 1997. Byly vyrobeny nanočástice mezoporézního oxidu křemičitého ( MSN ). samostatně v roce 1990 japonským týmem a týmem laboratoří Mobile , což vedlo k materiálům zvaným MCM  (in) , MCM-41 . Počáteční výrobní metody nebyly schopny kontrolovat kvalitu produkovaných sekundárních úrovní poréznosti. Pouze pomocí kationtů z kvartérní amoniové a činidel silanizace  (v) v průběhu výroby se nám podařilo syntetizovat materiály s požadovanou úrovní poréznosti a struktury se zlepšenými vlastnostmi.

Výzkum mezoporézních materiálů pokračuje v oblasti katalýzy , sorpce , detekce plynů, baterií a akumulátorů, iontoměničových látek, optiky a solární fotovoltaické energie . V oblasti katalýzy jsou zeolity objevujícím se tématem, kde je studována mezoporozita jako funkce katalyzátoru za účelem optimalizace katalytického krakování .

Poznámky a odkazy

  1. (in) Meiqing Guo, Hefeng Wang Di Huang Zhijun Han, Qiang Li Xiaojun Wang a Jing Chen , „  Amperometrický katecholový biosenzor na bázi jednoho lakovaného imobilizovaného je dusíkem dopovaný objednaný Mesoporous Carbon (N-WTO) / PVA matice  “ , věda a technologie of Advanced Materials , roč.  15, n o  3, 10. června 2014Článek n o  035005 ( PMID  27877681 , PMCID  5090526 , DOI  10,1088 / 1468 - 6996/15/3/ 035005 , bibcode  2014STAdM..15c5005G , číst on-line )
  2. (in) J. Rouquerol, D. Avnir, CW Fairbridge, DH Everett, JM Haynes N. Pernicone, JDF Ramsay, KSW Sing a KK Unger , „  Doporučení pro charakterizaci porézních pevných látek (technická zpráva)  “ , Čistý a aplikovaný Chemistry , sv.  66, n o  8, 2012, str.  1739-1758 ( DOI  10.1351 / pac199466081739 , číst online )
  3. (in) Ali Eftekhari , „  Objednané mezoporézní materiály pro lithium-iontové baterie  “ , Microporous and Mesoporous Materials , sv.  243, Květen 2017, str.  355-369 ( DOI  10.1016 / j.micromeso.2017.02.055 , číst online )
  4. (in) Ali Eftekhari a Zhaoyang Fan , „  Objednaný mezoporézní uhlík a jeho aplikace pro skladování a přeměnu elektrochemické energie  “ , Materials Chemistry Frontiers , sv.  1, n O  6, 5. ledna 2017, str.  1001-1027 ( DOI  10.1039 / C6QM00298F , číst online )
  5. (in) Vincent Chiola, Joseph E. Ritsko a Clarence D. Vanderpool pro společnost GTE Sylvania Inc., americký patent 3 556 725: PROCES VÝROBY oxidu křemičitého s nízkou objemovou hmotností , podaná 26. února 1969, zveřejněná 19. ledna 1971 na Google Patents.
  6. (in) Madeleine Le Page, Raymond Beau a Jacques Duchene pro Chemicals Pechiney Saint Gobain, US patent 3 493 341: Porézní částice oxidu křemičitého obsahující krystalizoval fázi a způsob , podané dne 31. ledna 1966, zveřejněné 3. února 1970 Google Patents.
  7. (in) Biegler a Hanns Gottfried Kallrath pro společnost Evonik Operations GmbH, US patent 3 383 172: PROCES VÝROBY křemene ve formě dutých kuliček , podané 4. února 1964, zveřejněné 14. května 1985 Google Patents.
  8. (in) Werner Stober, Arthur Fink a Ernst Bohn , „  Kontrolovaný růst monodisperzních oxidů křemíku v rozmezí velikostí mikronů  “ , Journal of Colloid and Interface Science , sv.  26, n o  1, Leden 1968, str.  62-69 ( DOI  10.1016 / 0021-9797 (68) 90272-5 , Bibcode  1968JCIS ... 26 ... 62S , číst online )
  9. (in) Guido Kicklebick „Nanoparticles and Composites“, David Levy a Marcos Zayat, The Sol-Gel Handbook: Synthesis, Characterization and Applications , vol.  3, John Wiley & Sons, 2015, str.  227-244 . ( ISBN  978-3527334865 )
  10. (in) Ruren Xu, Pang a Wenqin Jihong Yu Chemie zeolitů a souvisejících porézních materiálů: Synthesis and Structure , Wiley-Interscience, 2007, s.  472 . ( ISBN  978-0-470-82233-3 )
  11. (in) Francesco Di Renzo, Helen a Roger Cambon Dutartre , „  28letá syntéza mezoporézní siliky templátované micelami  “ , Microporous Materials , sv.  10, n kost  4-6, Červenec 1997, str.  283-286 ( DOI  10.1016 / S0927-6513 (97) 00028-X , číst online )
  12. (in) Yanagisawa Tsuneo Shimizu Toshio Kuroda Kazuyuki Kato a Chuzo , „  The Preparation of Alkyltriinethylaininonium-Kaneinite Complex and their Conversion to Microporous Materials  “ , Bulletin of Chemical Society of Japan , sv.  63, n O  4, 1990, str.  988-992 ( DOI  10.1246 / bcsj.63.988 , číst online )
  13. (en) JS Beck, JC Vartuli, WJ Roth, ME Leonowicz, CT Kresge, KD Schmitt, CTW Chu, DH Olson, EW Sheppard, SB McCullen, JB Higgins a JL Schlenker , „  Nová rodina mezoporézních molekulárních sít připravená šablony z tekutých krystalů  “ , Journal of the American Chemical Society , sv.  114, n o  27, Prosince 1992, str.  10834-10843 ( DOI  10.1021 / ja00053a020 , číst online )
  14. (in) Brian G. Trewyn Igor I. Zpomalení, Supratim Giri, Hung-Ting Chen a Victor S.-Y. Lin , „  Syntéza a funkcionalizace mezoporézních nanočástic oxidu křemičitého na základě procesu sol-gel a aplikací v řízeném uvolňování  “ , Accounts of Chemical Research , sv.  40, n o  9, 24. července 2007, str.  846-853 ( PMID  17645305 , DOI  10.1021 / ar600032u , číst online )
  15. (in) Javier Pérez-Ramírez, Claus H. Christensen Kresten Egeblad Christina H. Christensen a Johan C. Groen , „  Hierarchické zeolity: vylepšené použití mikroporézních krystalů při katalýze díky pokroku v konstrukci materiálů  “ , Chemical Society Reviews , sv.  37, n o  11, 18. září 2008, str.  2530-2542 ( PMID  18949124 , DOI  10.1039 / B809030K , číst online )
  16. (in) Danny Verboekend a Javier Pérez-Ramírez , „  Design of hierarchical zeolitecatalysts by desilication  “ , Catalysis Science & Technology , sv.  1, n O  6, 4. července 2011, str.  879-890 ( DOI  10.1039 / C1CY00150G , číst online )
  17. (in) ETC Vogt a BM Weckhuysen , „  Fluidní katalytické krakování: Nedávný vývoj velké staré dámy zeolitové katalýzy  “ , Chemical Society Reviews , sv.  44, n o  20, 5. října 2015, str.  7342-7370 ( PMID  26382875 , PMCID  4594121 , DOI  10.1039 / c5cs00376h , číst online )