Wat is mesoporeus materiaal?
Een mesoporeus materiaal heeft openingen in zijn structuur met een diameter tussen 2 en 50 nanometer (nm). In termen van poreusheid bevindt het zich tussen microporeus materiaal met openingen kleiner dan 2 nm en macroporeus materiaal met openingen groter dan 50 nm. Een van de belangrijkste materialen in deze klasse is silica, en het grootste deel van het wetenschappelijke gebruik komt voort uit het vullen van de poriën met een secundair materiaal. Omdat de openingen zo klein zijn, zal het mesoporeuze materiaal verschillende reacties binnen systemen veroorzaken dan het secundaire materiaal alleen.
In de natuurwetenschap is een porie een maat voor de lege ruimte. Een poreus object heeft een grote hoeveelheid leegte in vergelijking met zijn grootte, terwijl een massief of dicht object dat niet heeft. In de meeste gevallen is het belang van poriën in een mesoporeus materiaal gebaseerd op oppervlakte- en toegankelijke poriën. Volledig afgesloten ruimtes zijn doorgaans niet levensvatbaar voor gebruik.
Meso is een voorvoegsel dat 'midden' betekent. In dit geval dankt mesoporeus materiaal zijn naam aan het feit dat het grotere poriën heeft dan de klasse eronder maar kleiner dan de klasse hierboven. De reden dat deze specifieke grootte belangrijk is, is simpelweg het intermediaire karakter. Op sommige manieren fungeert het als een groter klein materiaal en op andere manieren fungeert het als een klein groot materiaal, waardoor het dingen kan doen die de andere klassen niet kunnen.
Hoewel de meeste mesoporeuze materialen op silicabasis zijn, zijn er ook verschillende andere soorten. Verschillende metalen of hun oorspronkelijke basen, zoals tin, titanium of aluminiumoxide, zijn mesoporeus. Deze metalen zijn vaak overgangsmatig, wat betekent dat ze actief zijn of de mogelijkheid hebben om iets anders te worden. Dientengevolge worden in plaats daarvan de veel stabielere en overvloedige silicamaterialen gebruikt.
De meeste toepassingen voor een mesoporeus materiaal komen voort uit twee factoren. Ten eerste zijn de poriën klein genoeg om een relatief klein deel van de gehele substantie te vormen. Daarom reageert een systeem, wanneer het een interactie aangaat met het materiaal, typisch alsof het zuiver was, zelfs als er secundaire stoffen mee worden meegevoerd. Ten tweede is het relatieve oppervlak van de stof veel groter dan de grootte zou aangeven. Hierdoor kunnen grotere hoeveelheden materiaal binnen dezelfde fysieke grootte bewegen in vergelijking met microporeus materiaal.
De belangrijkste taken van een gemeenschappelijk mesoporeus materiaal vallen in twee categorieën: transport en filtratie. Voor transporttaken worden de poriën van het materiaal gevuld met een secundaire substantie en vrijgegeven. Deze materialen zullen interageren met hun omgeving als het hoofdmateriaal en het secundaire materiaal zal gewoon meegaan. Voor filtratie werkt het proces omgekeerd: het zuivere materiaal wordt vrijgegeven in een systeem waar secundaire materialen de poriën binnendringen. Dit creëert een eenvoudige methode om specifieke materialen uit een staand mengsel te verwijderen.