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メソポーラス材料

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
メソポーラスから転送)
窒素含有規則性メソポーラスカーボン (nitrogen-containing ordered mesoporous carbon, N-OMC) の電子顕微鏡画像。 (a) はチャネル細孔に沿った方向から、 (b) は、チャネル細孔と垂直な方向から見たもの。[1]

メソポーラス材料 (メソポーラスざいりょう、: mesoporous material) は、細孔の直径が 2 nm から 50 nm の多孔質材料である。

多孔質材料は細孔の大きさに応じていくつかの種類に分類される。IUPACの表記によると、細孔の直径が 2 nm 未満のものはミクロポーラス材料英語版 (microporous material) 、50 nm より大きいものはマクロポーラス材料 (macroporous material) とされ、メソポーラス材料はその中間にあたる[2]

メソポーラス材料の代表例として、同じような大きさの微細なメソ細孔を持つ二酸化ケイ素メソポーラスシリカ)や酸化アルミニウムが挙げられる。メソポーラスな、ニオブタンタルチタンジルコニウムセリウムスズの各酸化物も報告されている。IUPACによると、メソポーラス材料には、秩序立ったメソ構造を持つものもあれば、無秩序なメソ構造を持つものもある。イオン結晶の物質では、メソポーラスな構造は単位格子の数を著しく制限するため、固体の化学的性質を大きく変化させる。例えば、電気活性物質にメソポーラス材料を使った電池の性能は、そうでないものと比べ、大きく異なっている[3]

1970年ごろに、メソポーラス材料やメソポーラスシリカの生成方法についての特許が取られており[4][5][6]、1968年に発表されたストーバー法英語版に基づく方法は[7]、 2015年現在でも使われている[8]。特許が取られていたことはほとんど気づかれておらず[9]、1997年に再び公表された[10]。1990年には、独立に、日本の研究者によって、メソポーラスシリカナノ粒子 (mesoporous silica nanoparticles, MSNs) が合成された[11]。 メソポーラスシリカナノ粒子は、後にモービル・コーポレーション(現エクソンモービル)の研究所でも合成され[12]MCM-41と名付けられた[13]

それ以来、この分野の研究は着実に発展していて、触媒反応吸着、ガス検知、イオン交換光学太陽光発電への応用が期待されている。

「メソポーラス」という語は、他の文脈では異なった意味で定義されることがある。例えば、土壌のような多孔な集合体についての文脈では、「メソポーラス」は 30 μm から 75 μm の大きさの空洞として定義される[14]

脚注

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  1. ^ Guo, M.; Wang, H.; Huang, D.; Han, Z.; Li, Q.; Wang, X.; Chen, J. (2014). “Amperometric catechol biosensor based on laccase immobilized on nitrogen-doped ordered mesoporous carbon (N-OMC)/PVA matrix”. Science and Technology of Advanced Materials 15 (3): 035005. doi:10.1088/1468-6996/15/3/035005. PMC 5090526. PMID 27877681. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5090526/. 
  2. ^ Rouquerol, J.; Avnir, D.; Fairbridge, C. W.; Everett, D. H.; Haynes, J. M.; Pernicone, N.; Ramsay, J. D. F.; Sing, K. S. W. et al. (1994). “Recommendations for the characterization of porous solids (Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 66 (8). doi:10.1351/pac199466081739. 
  3. ^ Eftekhari, Ali (2017). “Ordered Mesoporous Materials for Lithium-Ion Batteries”. Microporous and Mesoporous Materials 243: 355–369. doi:10.1016/j.micromeso.2017.02.055. 
  4. ^ Chiola, V.; Ritsko, J. E. and Vanderpool, C. D. "Process for producing low-bulk density silica." Application No. US 3556725D A filed on 26-Feb-1969; Publication No. US 3556725 A published on 19-Jan-1971
  5. ^ "Porous silica particles containing a crystallized phase and method" Application No. US 3493341D A filed on 23-Jan-1967; Publication No. US 3493341 A published on 03-Feb-1970
  6. ^ "Process for producing silica in the form of hollow spheres"; Application No. US 342525 A filed on 04-Feb-1964; Publication No. US 3383172 A published on 14-May-1968
  7. ^ Stöber, Werner; Fink, Arthur; Bohn, Ernst (1968). “Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range”. Journal of Colloid and Interface Science 26 (1): 62–69. doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5. 
  8. ^ Kicklebick, Guido (2015). “Nanoparticles and Composites”. In Levy, David; Zayat, Marcos. The Sol-Gel Handbook: Synthesis, Characterization and Applications. 3. John Wiley & Sons. pp. 227–244. ISBN 9783527334865. https://books.google.com/?id=9ZSbCgAAQBAJ&pg=PA229 
  9. ^ Xu, Ruren; Pang, Wenqin & Yu, Jihong (2007). Chemistry of zeolites and related porous materials: synthesis and structure. Wiley-Interscience. p. 472. ISBN 0-470-82233-3 
  10. ^ Direnzo, F; Cambon, H; Dutartre, R (1997). “A 28-year-old synthesis of micelle-templated mesoporous silica”. Microporous Materials 10 (4–6): 283. doi:10.1016/S0927-6513(97)00028-X. 
  11. ^ Yanagisawa, Tsuneo; Shimizu, Toshio; Kuroda, Kazuyuki; Kato, Chuzo (1990). “The preparation of alkyltrimethylammonium-kanemite complexes and their conversion to microporous materials”. Bulletin of the Chemical Society of Japan 63 (4): 988. doi:10.1246/bcsj.63.988. 
  12. ^ Beck, J. S.; Vartuli, J. C.; Roth, W. J.; Leonowicz, M. E.; Kresge, C. T.; Schmitt, K. D.; Chu, C. T. W.; Olson, D. H. et al. (1992). “A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates”. Journal of the American Chemical Society 114 (27): 10834. doi:10.1021/ja00053a020. 
  13. ^ Trewyn, B. G.; Slowing, I. I.; Giri, S.; Chen, H. T.; Lin, V. S. -Y. (2007). “Synthesis and Functionalization of a Mesoporous Silica Nanoparticle Based on the Sol–Gel Process and Applications in Controlled Release”. Accounts of Chemical Research 40 (9): 846–53. doi:10.1021/ar600032u. PMID 17645305. 
  14. ^ Soil Science Glossary Terms Committee (2008). Glossary of Soil Science Terms 2008. Madison, WI: Soil Science Society of America. ISBN 978-0-89118-851-3. https://www.soils.org/publications/soils-glossary# 

関連項目

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