Material mesopori

Gambar melalui mikroskop elektron, (a) nitrogen yang mengandung karbon mesopori berurutan (N-OMC) diambil (b) sepanjang dan serenjang terhadap arah saluran.^[1]

Material mesopori, menurut nomenklatur IUPAC adalah material yang berpori dengan diameter antara 2 hingga 50 nm.^[2] Sebagai perbandingan, IUPAC mendefinisikan material mikropori sebagai material yang memiliki pori-pori dengan diameter lebih kecil dari 2 nm dan material makropori sebagai material yang pori-pori diameternya lebih besar dari 50 nm.

Material mesopori yang khas meliputi beberapa jenis silika dan alumina yang memiliki ukuran mesopori yang sama. Oksida mesopori dari niobium, tantalum, titanium, zirconium, cerium dan tin juga telah dilaporkan. Namun, keunggulan material mesopori adalah karbon mesopori yang memiliki aplikasi langsung pada perangkat penyimpanan energi.^[3] Karbon mesopori memiliki porositas dalam kisaran mesopori, sehingga meningkatkan luas permukaan spesifik secara signifikan. Material mesopori yang sangat umum adalah karbon aktif, biasanya terdiri dari kerangka karbon dengan mesoporositas dan mikroporositas, tergantung pada kondisi ketika disintesiskan.

Menurut IUPAC, material mesopori dapat berurutan atau tidak berurutan dalam mesostruktur. Pada material anorganik kristal, struktur mesopori dengan jelas membatasi jumlah unit kisi, sehingga mengubah kimia padat secara signifikan. Sebagai contoh, kinerja baterai material mesopori elektroaktif berbeda secara signifikan dari struktur massalnya.^[4]

Prosedur untuk memproduksi material mesopori (silika) dipatenkan sekitar tahun 1970,^[5][6][7] dan metode berdasarkan Proses Stöber pada 1968^[8] masih digunakan hingga tahun 2015.^[9] Hal itu hampir tidak disadari^[10] dan direproduksi pada 1997.^[11] Nanopartikel silika mesopori (MSNs) secara independen disintesis pada 1990 oleh para peneliti di Jepang.^[12] Kemudian diproduksi juga oleh laboratorium Mobil Corporation^[13] dan dinamakan Komposisi Materi Mobil atau MCM-41.^[14] Metode sintetis awal tidak memungkinkan untuk mengontrol kualitas tingkat porositas sekunder yang dihasilkan. Hanya dengan menggunakan kation amonium kuarterner dan silanisasi selama sintesis, material mesopori menunjukkan tingkat porositas hierarkis yang sebenarnya dan meningkatkan sifat tekstur.^[15][16]

Sejak itu, penelitian di bidang ini terus berkembang. Contoh penting dari penerapan industri prospektif adalah katalisis, penyerapan, sensor gas, pertukaran ion, optik, dan fotovoltaik.

Harus diperhatikan bahwa mesoporositas ini mengacu pada klasifikasi porositas berskala nano, dan mesopori dapat didefinisikan secara berbeda dalam konteks lain; misalnya untuk agregasi tanah, mesopori didefinisikan sebagai rongga dengan ukuran dalam kisaran 30–75μm.^[17]

Referensi

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. Bibcode:2014STAdM..15c5005G. doi:10.1088/1468-6996/15/3/035005. PMC 5090526 . PMID 27877681. 
2. Rouquerol, J.; Avnir, D.; Fairbridge, C. W.; Everett, D. H.; Haynes, J. M.; Pernicone, N.; Ramsay, J. D. F.; Sing, K. S. W.; Unger, K. K. (1994). "Recommendations for the characterization of porous solids (Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 66 (8): 1739–1758. doi:10.1351/pac199466081739. 
3. Eftekhari, Ali; Zhaoyang, Fan (2017). "Ordered mesoporous carbon and its applications for electrochemical energy storage and conversion". Materials Chemistry Frontiers. 1 (6): 1001–1027. doi:10.1039/C6QM00298F. 
4. 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. 
5. 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
6. "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
7. "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
8. 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. Bibcode:1968JCIS...26...62S. doi:10.1016/0021-9797(68)90272-5. 
9. Kicklebick, Guido (2015). "Nanoparticles and Composites". Dalam Levy, David; Zayat, Marcos. The Sol-Gel Handbook: Synthesis, Characterization and Applications. 3. John Wiley & Sons. hlm. 227–244. ISBN 9783527334865. 
10. Xu, Ruren; Pang, Wenqin & Yu, Jihong (2007). Chemistry of zeolites and related porous materials: synthesis and structure. Wiley-Interscience. hlm. 472. ISBN 978-0-470-82233-3. 
11. 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. 
12. 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 . 
13. 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.; Sheppard, E. W. (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. 
14. 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. 
15. Perez-Ramirez, J.; Christensen, C. H.; Egeblad, K.; Christensen, C. H.; Groen, J. C. (2008). "Hierarchical zeolites: enhanced utilisation of microporous crystals in catalysis by advances in materials design". Chem. Soc. Rev. 37 (11): 2530–2542. doi:10.1039/b809030k. PMID 18949124. 
16. Perez-Ramirez, J.; Verboekend, D. (2011). "Design of hierarchical zeolite catalysts by desilication". Catal. Sci. Technol. 1 (6): 879–890. doi:10.1039/C1CY00150G. hdl:20.500.11850/212833 . 
17. 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.