Oberflächeneigenschaften von synthetisierten nanoporöse Carbon und Silica-Matrizen

Im Jahr 1992 wurden bestellten nanoporösen Kieselsäure Materialien zum ersten Mal erhalten mithilfe einer organischen Vorlage; Seit dieser Zeit eine große Anzahl von Publikationen im Zusammenhang mit verschiedenen Aspekten dieser Strukturen, synthetischen Methoden, die Untersuchung ihrer Eigenschaften, ihrer Änderungen und verschiedene Anwendungen sind in der Literatur^{1,2 erschienen ,3}. Das Interesse an SBA-15 nanoporösen Kieselsäure Matrix⁴ ist durch ihre einzigartige Qualität: eine große Oberfläche, große Poren mit einer einheitlichen Größe Porenverteilung und guten chemischen und mechanischen Eigenschaften. Nanoporösen Kieselsäure Materialien mit zylindrischen Poren, z. B. SBA-15⁵, werden häufig als poröse Matrix für Katalysatoren verwendet, sind effiziente Katalysatoren in organischen Reaktionen^6,7. Das Material kann mit einer breiten Palette von Methoden synthetisiert werden, die ihre Eigenschaften^8,9,10beeinflussen können. Daher ist es entscheidend, diese Methoden für potenzielle Anwendungen in vielen Bereichen zu optimieren: elektrochemische Geräte, Nanotechnologie, Biologie und Medizin, drug Delivery-Systeme oder in Haftung und Tribologie. In der vorliegenden Studie, zwei verschiedene Arten von nanoporösen Strukturen werden vorgestellt, nämlich Silizium und Kohlenstoff poröse Matrizen. Um ihre Eigenschaften zu vergleichen, die SBA-15-Matrix mit der Sol-Gel-Methode synthetisiert wird, und die bestellten nanoporöse Carbon-Material wird vorbereitet, indem die Imprägnierung der daraus resultierenden Silica-Matrix mit einer Kohlenstoff-Vorläufer.

Poröse Kohlenstoffmaterialien sind wichtig für viele Geräte aufgrund ihrer großen Oberfläche und ihre einzigartigen und gut definierte physikalisch-chemischen Eigenschaften^6,11,12. Typische Zubereitung ergibt Materialien mit zufällig verteilten Porosität und eine ungeordnete Struktur; Es gibt auch eine begrenzte Möglichkeit für die Änderung der allgemeinen Pore Parameter und Strukturen mit relativ breiten Pore Größenverteilung sind somit¹³erhalten. Diese Möglichkeit ist für nanoporöse Kohlenstoffmaterialien mit hohen Flächen erweitert und Systeme der Nanoporen bestellt. Mehr vorhergesagt, Geometrie und mehr Kontrolle über die physikalisch-chemischen Prozesse im Inneren der Porenraum sind in vielen Anwendungen wichtig: als Katalysatoren, Trennung Mediensysteme, fortschrittliche elektronische Materialien und Nanoreaktoren in vielen Wissenschaftsgebieten^{14 , 15}.

Um die porösen Kohlenstoff-Replikate zu erhalten, können einer festen Matrix bestellten Silikate fungieren, die Kohlenstoff-Vorstufen direkt eingeführt werden. Die Methode kann in mehrere Phasen unterteilt werden: die Auswahl der bestellten Kieselsäure Material; die Ablagerung von Kohlenstoff Vorläufer in einer Silica-Matrix; Karbonisierung; dann die Entfernung der Silica-Matrix. Viele verschiedene Arten von kohlenstoffhaltigen Materialien erhalten Sie mit dieser Methode, aber nicht alle nicht porös Materialien haben eine geordnete Struktur. Ein wichtiges Element des Prozesses ist die Auswahl einer geeigneten Matrix deren Nanoporen eine stabile, dreidimensionale Struktur¹⁶bilden müssen.

In dieser Arbeit wird der Einfluss der Art der Pore Wände auf die Oberflächeneigenschaften der synthetisierten nanoporöse Matrizen untersucht. Die Oberflächeneigenschaften von OMC Material sind die Oberflächeneigenschaften der Kieselsäure analog (SBA-15) von OMC wider. Die strukturellen und strukturellen Eigenschaften der beiden Arten von Materialien (OMC und SBA-15) zeichnen sich durch Niedertemperatur-N₂ Adsorption/Desorption Messungen (bei 77 K), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Energy dispersive x-ray Analyse () EDX).

Niedertemperatur-Gas Adsorption/Desorption Messung ist eine der wichtigsten Techniken bei der Charakterisierung von porösen Materialien. Stickstoffgas dient als ein adsorptiv aufgrund seiner hohen Reinheit und die Möglichkeit, um eine starke Interaktion mit festen Adsorbentien zu erstellen. Wesentliche Vorteile dieser Technik sind die benutzerfreundliche Handelsausrüstung und relativ einfache EDV-Verfahren. Die Bestimmung von Stickstoff Adsorption/Desorption isothermen basiert auf die Anhäufung von adsorptiv Moleküle auf der Oberfläche der festen Adsorptionsmittel bei 77 K in einer Vielzahl von Druck (P/P₀). Das Barrett, Joyner und Halenda (BJH) Verfahren zur Berechnung der Pore Größenverteilung von experimentellen Adsorption und Desorption isothermen wird angewendet. Die wichtigsten Annahmen der BJH-Methode gehören eine planare Fläche und eine gleichmäßige Verteilung der adsorptiv an der untersuchten Oberfläche. Aber diese Theorie basiert auf der Kelvin-Gleichung und es bleibt die am weitesten verbreitete Art und Weise für die Berechnung der Größe Porenverteilung im Bereich von mesoporösen.

Um die elektrochemische Charakter der Proben zu bewerten, ist eine potentiometrische Titration-Methode angewendet. Die Oberflächenchemie des Materials hängt die Oberflächenladung, die im Zusammenhang mit dem Vorhandensein von Heteroatomen oder funktionelle Gruppen auf der Oberfläche. Die DGM-Eigenschaften werden auch durch Kontaktwinkel Analyse untersucht. Die Benetzbarkeit in den Poren informiert über die adsorptiv Adsorbens-Interaktionen. Der Einfluss der Wandrauigkeit auf die Schmelztemperatur des Wassers in beiden Proben beschränkt wird mit der dielektrischen Spektroskopie (DRS) Entspannungstechnik untersucht. Messungen von der Dielektrizitätskonstante ermöglichen die Untersuchung der Phänomene wie die Polarisierbarkeit der Flüssigkeit schmelzen und feste Phasen unterscheiden sich voneinander. Eine Änderung in der Steigung der Temperaturabhängigkeit der Kapazität zeigt, dass schmelzen im System auftritt.