Was ist mesoporöses Material?
Ein mesoporöses Material weist innerhalb seiner Struktur Öffnungen mit einem Durchmesser zwischen 2 und 50 Nanometern (nm) auf. In Bezug auf die Porosität liegt sie zwischen mikroporösem Material mit Öffnungen von weniger als 2 nm und makroporösem Material mit Öffnungen von mehr als 50 nm. Eines der Hauptmaterialien in dieser Klasse ist Siliciumdioxid, und die meisten seiner wissenschaftlichen Verwendungen stammen aus dem Füllen der Poren mit einem Sekundärmaterial. Da die Öffnungen so klein sind, wird das mesoporöse Material innerhalb der Systeme andere Reaktionen hervorrufen als das Sekundärmaterial allein.
In der Physik ist eine Pore ein Maß für den leeren Raum. Ein poröser Gegenstand weist im Vergleich zu seiner Größe eine große Menge an Leere auf, während ein fester oder dichter Gegenstand dies nicht tut. In den meisten Fällen basiert die Bedeutung von Poren in einem mesoporösen Material auf der Oberfläche und den zugänglichen Poren. Vollständig verschlossene Hohlräume können normalerweise nicht verwendet werden.
Meso ist ein Präfix, das "Mitte" bedeutet. In diesem Fall hat mesoporöses Material seinen Namen von der Tatsache, dass es größere Poren als die Klasse darunter, aber kleiner als die Klasse darüber hat. Der Grund, warum diese bestimmte Größe wichtig ist, ist einfach ihre Zwischenwirkung. In gewisser Weise verhält es sich wie ein größeres kleines Material und in anderer Weise wie ein kleines großes Material, sodass es Dinge tun kann, die die anderen Klassen nicht können.
Während ein Großteil der mesoporösen Materialien auf Siliciumdioxid basiert, gibt es auch mehrere andere Arten. Einige Metalle oder deren Ausgangsbasen wie Zinn, Titan oder Aluminiumoxid sind mesoporös. Diese Metalle sind oft übergangsweise, was bedeutet, dass sie aktiv sind oder die Möglichkeit haben, sich in etwas anderes zu verwandeln. Infolgedessen werden stattdessen die viel stabileren und reichlicheren Siliciumdioxidmaterialien verwendet.
Die meisten Anwendungen für ein mesoporöses Material beruhen auf zwei Faktoren. Erstens sind die Poren so klein, dass sie einen vergleichsweise kleinen Teil der gesamten Substanz ausmachen. Wenn ein System mit dem Material interagiert, reagiert es daher in der Regel so, als ob es rein wäre, selbst wenn Sekundärstoffe mitgeführt werden. Zweitens ist die relative Oberfläche der Substanz viel größer als ihre Größe anzeigen würde. Dadurch können sich im Vergleich zu mikroporösem Material größere Materialmengen innerhalb der gleichen physikalischen Größe bewegen.
Die Hauptaufgaben eines gemeinsamen mesoporösen Materials fallen in zwei Kategorien: Transport und Filtration. Für Transportaufgaben werden die Poren des Materials mit einer Sekundärsubstanz gefüllt und freigesetzt. Diese Materialien interagieren mit ihrer Umgebung als Hauptmaterial und das Sekundärmaterial reitet einfach mit. Bei der Filtration läuft der Prozess in umgekehrter Reihenfolge ab: Das reine Material wird in ein System freigesetzt, in dem Sekundärmaterialien in die Poren gelangen. Dies schafft eine einfache Methode zum Entfernen bestimmter Materialien aus einer stehenden Mischung.