メソポーラス材料

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、英: 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

  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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