Um 1998 begann das Team von Chen Xiaoming mit der Untersuchung der Kombination von mesoporösen Materialien und metallorganischen Gerüsten (MOFs). Sie versuchten, die Vorteile der Porenkanalstruktur der mesoporösen Materialien mit der Funktionalität der MOFs zu verbinden. Durch Koassemblierung wurden Kompositmaterialien mit hierarchischen Porenstrukturen und speziellen Funktionen hergestellt, was neue Ideen für die Komplexifizierung und Funktionalisierung von mesoporösen Materialien lieferte.
Chen Xiaoming
Im Jahr 1999 verwendete der südkoreanische Wissenschaftler Ryoo mesoporöse Materialien als harte Template und replizierte mit MCM-48, SBA-1 und SBA-15 als Template nacheinander die mesoporösen Kohlenstoffmolekularsiebe CMK-1, CMK-2 und CMK-3. Diese Methode bot einen praktikablen Weg zur Synthese von nicht silikatbasierten mesoporösen Materialien wie Edelmetallen, Metalloxiden und -sulfiden und bereicherte die Arten der mesoporösen Materialien erheblich.
Ryoo
Zwischen 1992 und 1999 entwickelte Che auf der Grundlage des Flüssigkristall-Templatmodells ein detaillierteres Modell zur Synthese mesoporöser Materialien. Er postulierte, dass die Ladungsanpassung tatsächlich die Ladungsanpassung zwischen organischen und anorganischen Ionen an der Grenzfläche ist. Selbst wenn die eingesetzte Menge an Tensid kleiner als die kritische Mizellkonzentration für die Bildung stäbchenförmiger Mizellen ist, kann die mesoporöse Struktur dennoch gebildet werden. Er stellte auch ein Kompositum-Modell von Silicat-Ionen und Tensiden vor.
3. Die Phase der Vertiefung und Erweiterung (Anfang des 21. Jahrhunderts - heute)
Um 2000 vermutete Tanev, dass mesoporöses Siliciumdioxid durch die Wasserstoffbrückenbindung zwischen der hydrophilen Gruppe (S0) von Aminsalzen-Tensiden und hydrolysiertem TEOS (I0) gebildet werden kann. Mit diesem Mechanismus können mesoporöse Materialien wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Titandioxid synthetisiert werden. Die erhaltenen mesoporösen Silikate haben dickere Porenwände und eine höhere thermische Stabilität. Er synthetisierte auch das titanhaltige mesoporöse Molekularsieb Ti-HMS, das in der katalytischen Anwendung Potential zeigt.
Der japanische Wissenschaftler Takashi Tatsumi: Zwischen 2000 und 2005 erzielte er bemerkenswerte Ergebnisse bei der Steuerung der katalytischen Eigenschaften von mesoporösen Molekularsieben. Im Jahr 2002 funktionalisierte er die Porenkanaloberflächen von mesoporösen Molekularsieben mittels chemischer Modifizierung und führte spezifische saure oder basische Zentren ein, um die Säure-Base des Molekularsiebs präzise zu regulieren und so seine Selektivität in verschiedenen katalytischen Reaktionen zu optimieren. In der Alkylierungsreaktion zeigte das modifizierte mesoporöse Molekularsieb eine höhere Selektivität für das Zielprodukt als herkömmliche Katalysatoren, was die Reaktionsrate und die wirtschaftlichen Nutzen erheblich erhöhte und die Anwendung von mesoporösen Materialien in der Feinchemie-Katalyse vorantrieb.
Im Jahr 2003 stellte Zhao Dongyuan das Konzept der "Säure-Base-Paare" vor. Unter Verwendung von anorganischen Vorläufern mit Säure-Base-Paaren und der "Selbstregulierung" der Säurestärke in einem nichtwässrigen System synthetisierte er eine Reihe von nicht silikatbasierten mesoporösen Materialien. Dies bot eine universelle Methode zur Synthese von mesoporösen Materialien aus mehreren Oxiden und trug zur Diversifizierung der mesoporösen Materialien bei.
Zwischen 2003 und 2005 erzielte das Team von Yu Jihong einen Durchbruch bei der Synthese von mesoporösen Molekularsieben. Sie entwickelten eine neue Methode zur Synthese von mesoporösen Molekularsieben ohne Templat. Indem sie die Säure-Base des Reaktionssystems, die Temperatur und die Reaktionszeit präzise kontrollierten, konnten sie mesoporöse Molekularsiebe mit einer bestimmten Porenkanalstruktur herstellen. Dadurch wurde der Syntheseprozess vereinfacht und die Herstellungskosten gesenkt.
Yu Jihong
Der japanische Wissenschaftler Susumu Kitagawa: Seit 2005 hat er sich auf die Forschung an mesoporösen Materialien fokussiert, die von metallorganischen Gerüsten (MOFs) abgeleitet sind. Im Jahr 2008 verwendete er innovativ MOF-Materialien als Vorläufer und stellte mittels Pyrolyse und anderer Methoden mesoporöses Kohlenstoff, mesoporöse Metalloxide und andere Materialien mit einzigartigen Porenkanalstrukturen und einer hohen spezifischen Oberfläche her. Diese Materialien übernahmen nicht nur die strukturellen Vorteile der MOFs, sondern zeigten auch hervorragende Adsorptions-, Trenn- und katalytische Eigenschaften. Im Bereich der Gasanlagerung hat das aus MOFs abgeleitete mesoporöse Kohlenstoffmaterial eine viel höhere Adsorptionskapazität für Kohlendioxid als herkömmliche Adsorbentien, was eine neue Materiallösung für die Erfassung und Nutzung von Treibhausgasen bietet.
Susumu Kitagawa
Wissenschaftler bemühen sich darum, neue Synthesetechnologien zu entwickeln, um die Porengröße und die Porenwanddicke von mesoporösen Materialien präzise zu kontrollieren. Es wurde eine Syntheseverfahren auf der Grundlage von gepulsten elektrischen Feldern entwickelt, mit dem in kürzester Zeit hochgeordnete mesoporöse Strukturen gebildet werden können. Darüber hinaus kann die Porengröße durch Anpassen der elektrischen Feldparameter präzise zwischen 1 und 20 nm variiert werden. Dies bietet ein völlig neues technologisches Mittel zur Herstellung von hochleistungsfähigen mesoporösen Materialien.
2Um 2005 wurde eine neue Syntheseverfahren für mesoporöse Molekularsiebe entwickelt. Mit speziellen organischen Templaten und bestimmten Bedingungen wurden mesoporöse Molekularsiebe mit einer einheitlichen Porengröße und gut kristallisierten Porenwänden hergestellt. Zwischen 2010 und 2015 wurden die Anwendungen von mesoporösen Materialien im Bereich der Adsorption und Trennung eingehend untersucht. Durch die chemische Modifizierung der Oberfläche konnten die mesoporösen Materialien organische Moleküle und Metallionen selektiv adsorbieren, was der Umwelt- und Ressourcenerschließung förderlich ist.
Zwischen 2005 und 2010 verband das Team des amerikanischen Forschers Chad A. Mirkin die DNA-Nanotechnologie mit mesoporösen Materialien. Sie modifizierten die Oberfläche der mesoporösen Materialien mit DNA-Strängen bestimmter Sequenzen. Dadurch konnten die Materialien Biomoleküle spezifisch erkennen und eine hochsensitive Detektion von Biomarkern ermöglichen. Dies erweitert die Anwendung von mesoporösen Materialien in der biomedizinischen Detektion und bietet Ideen für die Entwicklung neuer Biosensoren.
Chad A. Mirkin
Zwischen 2005 und 2010 konzentrierte sich das Team von Zheng Nanfeng auf die Herstellung und die Eigenschaftsstudie von mesoporösen Metallmaterialien. Sie verwendeten die Nasschemie-Methode, um Metallsalze in mesoporösen Templaten zu reduzieren und hochdispersierte mesoporöse Metallnanopartikel herzustellen. Diese mesoporösen Metallmaterialien zeigten hervorragende Eigenschaften in Reaktionen wie der Elektrokatalyse und der Hydrierungskatalyse und boten neue Materialoptionen für die Anwendung von mesoporösen Materialien im Bereich der Energiekatalyse.。
Zheng Nanfeng
Sang Il Seok hat sich seit 2006 auf die Forschung an mesoporösen Strukturen in Solarzellen konzentriert. Durch Methoden wie das Lösungsmittel- und Komponenten-Engineering gelang es ihm, hochwertige, fehlerfreie und phasestabile Perowskit-Folien herzustellen. Gleichzeitig reduzierte er die Ladungsträgerrekombination mittels der Grenzflächen-Engineering. Im Jahr 2017 erhöhte er die photovoltaische Effizienz von Perowskit-Solarzellen auf 22,1 % und stellte mehrere Weltrekorde für organische/inorganische Perowskit-Solarzellen auf. Dies trug erheblich zur Anwendung und Entwicklung von mesoporösen Materialien in der Solarzellenbranche bei.ang Il Seok
Sang Il Seok
Zwischen 2008 und 2012 verwendete Ryoji Kanno die Sol-Gel-Methode in Kombination mit der Templattechnologie, um verschiedene Metalloxide wie mesoporöses Ceroxid und Zinkoxid herzustellen. Er regelte die Porengröße und andere Parameter präzise und fand, dass sie einzigartige Eigenschaften in den Bereichen der Katalyse und der Sensorik aufwiesen. Zwischen 2015 und 2020 forschte er an der Komplexierung von mesoporösen Materialien und nanostrukturierten Materialien, wie der Komplexierung von mesoporösem Siliciumdioxid mit Metallnanopartikeln, um ihre katalytischen Eigenschaften in der organischen Synthese zu optimieren.
Ryoji Kanno
Zwischen 2010 und 2015 widmete sich das Team von Fu Qiang der Anwendungsforschung von mesoporösen Materialien im Bereich der Umweltrestitution. Sie stellten mesoporöse Materialien her, die mit photocatalytisch aktiven Substanzen beladen waren, um organische Schadstoffe in Wasser zu degradiert und schädliche Gase in der Luft zu entfernen. Indem sie die Struktur der mesoporösen Materialien und die Beladungsmethode optimierten, erhöhten sie die photocatalytische Effizienz und boten neue Materialien und technologische Lösungen für die Lösung von Umweltproblemen.
Fu Qiang
Zwischen 2010 und 2015 entwickelte das Team des deutschen Forschers Markus Antonietti ein Verfahren zur in-situ Wachstum von funktionalen Polymeren in den Porenkanälen von mesoporösen Materialien. Zunächst wurde mesoporöses Siliciumdioxid hergestellt, und anschließend wurden Monomere zur Polymerisation eingeführt. Die mit Polymeren modifizierten Materialien wurden in organischen Reaktionen wie der Veresterung eingesetzt, um die Stabilität der aktiven Zentren zu verbessern und die Produktselektivität zu regeln. Dies bietet eine neue Strategie für die Feinchemie-Katalyse.
Markus Antonietti
Zwischen 2010 und 2015 interessierte sich der amerikanische Wissenschaftler John B. Goodenough für die Anwendung von mesoporösen Materialien in Batterieelektroden. Er verwendete mesoporöses Titandioxid in der Kathode von Lithium-Ionen-Batterien und stellte fest, dass die mesoporöse Struktur den Diffusionsweg von Lithium-Ionen verkürzt und die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und der Elektrolytlösung vergrößert. Dadurch konnte die Lade-/Entladegeschwindigkeit und die Zyklusstabilität der Batterie verbessert werden, was neue Ideen für das Design von hochleistungsfähigen Batteriematerialien liefert.
John B. Goodenough
In derselben Zeitperiode widmete sich der amerikanische Wissenschaftler Charles M. Lieber der Entwicklung von nanoelektronischen Bauteilen auf der Grundlage von mesoporösen Materialien. Sein Team kontrollierte die Struktur von mesoporösem Silizium präzise und stellte hochleistungsfähige mesoporös-siliziumbasierte Feldeffekttransistoren her. Dadurch konnte die Ladungsträgertransporteffizienz erhöht und der Stromverbrauch verringert werden. Sie untersuchten auch die Komplexierung von mesoporösen Materialien mit Nanodrähten, was eine neue Richtung für die Entwicklung von mesoporösen Materialien in der Nanoelektronik eröffnet hat.
Charles M. Lieber
