مواد میانمتخلخل
From Wikipedia, the free encyclopedia
بر اساس نامگذاری آیوپاک به مادهای نانومتخلخل که روزنههای آن قطری بین ۲ تا ۵۰ نانومتر داشته باشند ماده میانمتخلخل[1] به این مواد، نیمهمتخلخل[2] یا ماده مزوپور (Mesoporous material) هم گفته شدهاست.
برای مقایسه، آیوپاک مواد ریزمتخلخل به عنوان ماده ای با منافذ کوچکتر از ۲ نانومتر تعریف میکنند و مواد درشت متخلخل، به عنوان ماده ای با حفرات بزرگتر از ۵۰ نانومتر در نظر گرفته میشود.
مواد میانمتخلخل معمولی شامل انواعی از سیلیس و آلومینا هستند که دارای حفرات با اندازه مشابه هستند. اکسیدهای مزوپور نیوبیم، تانتالم، تیتانیوم، زیرکونیوم، سریم و قلع نیز گزارش شدهاست. با این حال، مهمترین عضو مواد مزوپور، کربن مزوحفره است که
در طی دو دهه گذشته، نانومواد مبتنی بر کربن مانند نانولولههای کربنی، گرافن، کربن مزوحفره و نقاط کوانتومی کربنی به دلیل نسبت سطح به حجم زیاد، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند. استحکام مکانیکی این مواد آنها را برای کاربرد در زمینههای مختلف مانند تصفیه آب، کاتالیزور، سنجش شیمیایی و الکتروشیمیایی مناسب میکند و نیز کاربرد مستقیمی در دستگاههای ذخیره انرژی و مواد مرتبط با آن دارد. کربن مزوپور دارای تخلخل در محدوده مزوپور است و این امر بهطور قابل توجهی سطح ویژه را افزایش میدهد.[3]
روشی برای تولید مواد نیمهمتخلخل (سیلیکا) در حدود سال ۱۹۷۰ ثبت اختراع شد، و در سال ۱۹۹۷ بازتولید شد. نانوذرات سیلیکا مزوپور (MSNs) بهطور مستقل در سال ۱۹۹۰ توسط محققان ژاپنی سنتز شدند.
از آن زمان، تحقیقات در این زمینه بهطور پیوسته رشد کردهاست. نمونههای قابل توجه کاربردهای صنعتی کاتالیز، جذب، سنجش گاز، باتریها، تبادل یونی، اپتیک و فتوولتائیک است. در زمینه کاتالیز، زئولیتها موضوعی نوظهور است که در آن مزوپوروزیت به عنوان تابعی از کاتالیزور برای بهبود عملکرد آن برای استفاده در ترک خوردگی کاتالیستی سیال مورد مطالعه قرار میگیرد.
وجود حفرات یا همان نقص ساختاری تأثیر مهمی بر خواص نانوساختارهای کربنی دارند که یا به صورت غیرعمدی در طی فرآیندهای تولید ایجاد میشوند یا عمداً توسط تیمارهای شیمیایی و تابش یونی ایجاد میشوند. وجود نقص ساختاری بر هدایت حرارتی، استحکام مکانیکی و شفافیت تأثیر مضری میگذارد. از سوی دیگر، افزایش واکنشپذیری کربن با نقص ساختاری در ابعاد نانو برای ذخیرهسازی انرژی و کاربردهای سنجش مناسب است. به عنوان مثال، نتایج تلاشهای نظری مبتنی بر تکنیکهای مختلف، جذب مطلوب یونهای لیتیوم، یونهای سدیم و نانوخوشههای فلزی را بر روی سطح گرافن با نقص ساختاری بیان میکند. همچنین، تأثیر مفید نقص ساختاری بر فعالیت الکتروشیمیایی با مطالعه واکنشهای الکتروشیمیایی ناهمگن فروسن متانول، اکسیژن و نیترات در سطح الکترودهای مبتنی بر نانوکربن به اثبات رسیدهاست.
اخیراً، کربن مزوحفره با نقص ساختاری بالا (DMC)، که به عنوان نانوساختارهای کربنی طبقهبندی میشوند، به دلیل مساحت سطح بالا، حجم منافذ ویژه بالا، قطر منافذ قابل تنظیم در محدوده مزوپور، و پایداری الکتروشیمیایی، مورد توجه ویژهای برای کاربردهای الکتروشیمیایی میباشد.[3]