Material mesoporoso

Um material mesoporoso é um material que contém poros com diâmetros entre 2 e 50 nm, de acordo com a nomenclatura da IUPAC. Para comparação, a IUPAC define o material microporoso como um material com poros de diâmetro inferior a 2 nm e o material macroporoso como um material com poros de diâmetro superior a 50 nm.

Electron microscopy images of ordered nitrogen-containing mesoporous carbon (N-OMC) taken (a) lengthwise and (b) perpendicular to the channel direction.

p>Os materiais mesoporos típicos incluem alguns tipos de sílica e alumina que têm mesoporos de tamanho semelhante. Foram também relatados óxidos mesoporos de nióbio, tântalo, titânio, zircónio, cério e estanho. No entanto, o carro-chefe dos materiais mesoporos é o carbono mesoporoso, que tem aplicações directas em dispositivos de armazenamento de energia. O carbono mesoporoso tem porosidade dentro da gama mesoporosa e isto aumenta significativamente a área de superfície específica. Outro material mesoporoso muito comum é o carvão activado, que é geralmente composto por uma estrutura de carbono com mesoporosidade e microporosidade, dependendo das condições em que foi sintetizado.

De acordo com a IUPAC, um material mesoporoso pode ser desordenado ou ordenado para uma meso-estrutura. Em materiais iónicos cristalinos, a estrutura mesoporosa limita significativamente o número de unidades de malha, e isto altera significativamente a química de estado sólido. Por exemplo, o desempenho da bateria de materiais mesoporos electroactivos é significativamente diferente do da sua estrutura a granel.

Um procedimento para produzir materiais mesoporos (sílica) foi patenteado por volta de 1970, e os métodos baseados no processo de Stöber de 1968 ainda estavam em uso em 2015. Passou quase despercebido e foi reproduzido em 1997. As nanopartículas de sílica mesoporosa (MSN) foram sintetizadas independentemente em 1990 por investigadores no Japão. Posteriormente, foram também produzidos nos laboratórios da Mobil Corporation e denominados Mobil Crystalline Materials, ou MCM-41. Os métodos sintéticos iniciais não permitiam controlar a qualidade do nível secundário de porosidade gerado. Foi apenas através do uso de cátions quaternários de amónio e agentes de silanização durante a síntese que os materiais exibiram um verdadeiro nível hierárquico de porosidade e melhoraram as propriedades texturais.

Desde então, a investigação neste campo tem crescido de forma constante. Exemplos notáveis de aplicações industriais prospectivas são a catálise, a sorção, a detecção de gás, a troca iónica, a óptica e a fotovoltaica.

De notar que esta mesoporosidade se refere à classificação da porosidade em nanoescala, e os mesoporos podem ser definidos de forma diferente noutros contextos; por exemplo, os mesoporos são definidos como cavidades com tamanhos na gama de 30 μm-75 μm no contexto de agregações porosas tais como o solo.

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