Was ist mesoporöses Material?

Ein mesoporöses Material weist in seiner Struktur Öffnungen mit einem Durchmesser zwischen 2 und 50 Nanometern (nm) auf. Hinsichtlich der Porosität liegt sie zwischen dem mikroporösen Material, das Öffnungen kleiner als 2 nm hat, und dem makroporösen Material, das Öffnungen größer als 50 nm hat. Eines der Hauptmaterialien dieser Klasse ist Kieselsäure, und die meisten seiner wissenschaftlichen Anwendungen beruhen auf der Porenfüllung mit einem Sekundärmaterial. Da die Öffnungen so klein sind, löst das mesoporöse Material innerhalb von Systemen andere Reaktionen aus als das Sekundärmaterial allein.

In der Physik ist eine Pore ein Maß für den leeren Raum. Ein poröses Objekt verfügt im Vergleich zu seiner Größe über ein großes Vakuum, während dies bei einem festen oder dichten Objekt nicht der Fall ist. In den meisten Fällen hängt die Bedeutung von Poren in einem mesoporösen Material von der Oberfläche und den zugänglichen Poren ab. Vollständig geschlossene Hohlräume sind in der Regel nicht nutzbar.

Meso ist ein Präfix mit der Bedeutung „Medium“. In diesem Fall verdankt das mesoporöse Material seinen Namen der Tatsache, dass es größere Poren als die untere Klasse, aber kleinere als die vorherige Klasse hat. Der Grund, warum diese besondere Größe wichtig ist, liegt einfach darin, dass sie dazwischen liegt. In mancher Hinsicht verhält es sich wie ein größeres kleines Ding und in anderer Hinsicht wie ein großes kleines Ding, das es ihm ermöglicht, Dinge zu tun, die die anderen Klassen nicht können.

Obwohl die meisten mesoporösen Materialien auf Kieselsäure basieren, gibt es auch andere Arten. Mehrere Metalle oder ihre Ausgangsbasen, wie zum Beispiel Zinn, Titan oder Aluminiumoxid, sind mesoporös. Diese Metalle sind normalerweise vorübergehend, das heißt, sie sind entweder aktiv oder haben das Potenzial, sich in etwas anderes umzuwandeln. Dadurch werden wesentlich stabilere und häufiger vorkommende Silica-Materialien verwendet.

Die meisten Verwendungsmöglichkeiten eines mesoporösen Materials beruhen auf zwei Faktoren. Erstens sind die Poren klein genug, um einen vergleichsweise kleinen Teil der gesamten Substanz zu bilden. Wenn ein System mit einem Material interagiert, reagiert es daher im Allgemeinen so, als ob es rein wäre, auch wenn es von sekundären Substanzen begleitet wird. Zweitens ist die relative Oberfläche der Substanz viel größer, als ihre Größe vermuten lässt. Dadurch können sich im Vergleich zu mikroporösem Material große Materialmengen innerhalb der gleichen physikalischen Größe bewegen.

Die Hauptaufgaben eines gewöhnlichen mesoporösen Materials lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Transport und Filtration. Bei Transportarbeiten werden die Poren des Materials mit einem Sekundärstoff gefüllt und freigegeben. Diese Materialien interagieren mit der Umgebung, da das übergeordnete Material und das untergeordnete Material einfach wandern. Bei der Filtration funktioniert der Prozess umgekehrt: Reines Material wird in ein System abgegeben, in das Sekundärmaterialien durch die Poren eindringen. Dadurch entsteht eine einfache Methode zum Entfernen spezifischer Materialien aus einer ruhenden Mischung.

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