Мезопористые материалы могут классифицироваться по разным критериям. Чаще всего используют следующие способы классификации: 1. Классификация по химическому составу1.1. Кремниеорганические мезопористые материалы:Это самая ранняя и наиболее широко изученная группа мезопористых материалов. Основным компонентом является диоксид кремния, они обладают большой удельной поверхностью, упорядоченной пористой структурой и хорошей химической устойчивостью. Типичными примерами являются MCM - 41, SBA - 15 и т.д. MCM - 41 имеет гексагонально упорядоченную пористую структуру, диаметр пор обычно находится в диапазоне от 2 до 10 нм; у SBA - 15 более толстые стенки пор, больший диаметр пор (от 5 до 30 нм), и его гидротермическая устойчивость выше, чем у MCM - 41. 1.2. Мезопористые материалы на основе металлоксидов:Включают в себя мезопористые материалы, состоящие из оксида алюминия, оксида титана, оксида цинка и других металлоксидов. Они обладают уникальными физическими и химическими свойствами и имеют важные применения в области катализа, сенсорики и т.д. Например, мезопористый оксид алюминия имеет большую удельную поверхность и хорошую термическую устойчивость, часто используется в качестве носителя катализатора; мезопористый оксид титана привлекает внимание в области очистки сточных вод и фотокаталитического производства водорода из - за своей фотокаталитической активности. 1.3. Углеродсодержащие мезопористые материалы:Обладают большой удельной поверхностью, хорошими электропроводностью и химической устойчивостью. Обычный способ их получения - использование фенольной смолы, сахарозы и других источников углерода с использованием методов с использованием матриц. Углеродсодержащие мезопористые материалы демонстрируют превосходные свойства в области сверхконденсаторов, электродных материалов для ионных батарей лития, а также в области адсорбции и разделения.Карбонированные мезопористые материалы применяются в области электрохимического катализа.1.4. Мезопористые материалы на основе металлоорганических рамок (MOF):Пористые материалы с периодической сетчатой структурой, образованные путем самоассамблирования ионов металла или кластеров металлов с органическими лигандами посредством координационных связей. Материалы MOF имеют очень большую удельную поверхность и регулируемую пористую структуру. Размер и форма пор могут быть точно спроектированы путем выбора различных ионов металла и органических лигандов. Они имеют широкие перспективы применения в области хранения и разделения газов, катализа, доставки лекарственных препаратов и т.д.Морфология мезопористых материалов металло органических рамок (MOF).2. Классификация по структуре пор2.1. Упорядоченные мезопористые материалы:Поры располагаются регулярно и упорядоченно, имеют высокую периодичность и симметрию. Например, вышеупомянутый MCM - 41 имеет гексагональную упорядоченную структуру, а также есть кубический KIT - 6 и т.д. Пористая структура таких материалов способствует передаче и диффузии веществ, и они демонстрируют превосходные свойства в таких применениях, как катализ, адсорбция и т.д. Схема направленного синтеза мономицеллярного упорядоченного мезопористого материала.2.2. Неупорядоченные мезопористые материалы:Пористая структура относительно неупорядочена, не имеет явной периодичности и симметрии. Хотя степень упорядочивания их пор меньше, чем у упорядоченных мезопористых материалов, в некоторых приложениях неупорядоченная пористая структура также может обеспечивать уникальные свойства. Например, в некоторых адсорбционных системах, где важна проницаемость пор, а требования к упорядоченности пор относительно низки, неупорядоченные мезопористые материалы могут иметь более хорошие кинетические свойства адсорбции. Синтез диспергированного мезопористого кремния dioxide.3. Отраслевые применения и области применения мезопористых материалов3.1. Область катализаa. Нефтехимическая промышленность:Во время переработки нефти мезопористые материалы, как катализаторы или носители катализаторов, способствуют реакциям крекинга, реформатирования нефти и т.д. Их большая удельная поверхность и подходящая пористая структура позволяют интенсивно диспергировать активные компоненты, повысить эффективность катализа, понижать температуру и давление реакции, а также уменьшить энергопотребление и износ оборудования. Например, в реакции крекинга тяжелой нефти катализатор - мезопористый мезофиль может превращать крупные молекулы тяжелой нефти в легкие нефтепродукты, повысив качество и выход нефтепродуктов. b. Химическая промышленность тонких химикатов:Для синтеза тонких химикатов, таких как промежуточные продукты для производства лекарственных препаратов, ароматизаторы, добавки и т.д., катализаторы - мезопористые материалы могут обеспечивать высокочастотный селективный каталитический реакции. За счет проектирования размера пор и свойств поверхности можно обеспечить, чтобы определенные реагенты попадали в поры и реагировали на активных центрах, подавляя побочные реакции и повысив выход и чистоту целевого продукта. 3.2. Область адсорбции и разделенияc. Адсорбция и хранение газов:Мезопористые материалы могут использоваться для адсорбции и хранения газов, таких как водород, метан и т.д. Их обильная пористая структура обеспечивает большое количество адсорбционных центров и позволяет эффективно адсорбировать и обратимо десорбировать газы при относительно мягких условиях, что представляет надежды на решение проблемы хранения и транспорта таких энергетических источников, как водород. Кроме того, в области очистки воздуха мезопористые материалы могут селективно адсорбировать вредные газы, такие как диоксид серы, оксиды азота, летучие органические соединения (VOCs) и т.д., улучшая качество воздуха.Возможность адсорбции газов новым мезопористым материалом.d. Разделение жидкостей:В области очистки воды мезопористые материалы могут использоваться для удаления тяжелых металлических ионов, органических загрязнений и т.д. из воды. Размер пор может быть точно контролируемым, что позволяет сортировать молекулы и ионы разного размера и осуществлять разделение жидкости от твердого вещества и разделение веществ с разной молекулярной массой. Например, мезопористый активированный уголь имеет хорошие свойства адсорбции для органических загрязнений в воде, таких как красители, пестициды и т.д.; мезопористые керамические мембраны могут использоваться в процессах ультрафильтрации, микрофильтрации и т.д. для этого. Метод и технологический процесс синтеза мезопористого диоксида титана в водной фазе.3.3. Область энергетикиe. Электродные материалы для батарей:В ионных батарей лития электродные материалы с мезопористой структурой могут обеспечить большее количество каналов для внедрения/вывода ионов лития, сокращая расстояние диффузии ионов и повысив эффективность заряда - разряда и циклическую стабильность батареи. Например, мезопористый оксид титана, используемый в качестве отрицательного электродного материала, имеет высокую удельную емкость и хорошие показатели при быстром заряде - разряде; углеродсодержащие мезопористые материалы могут использоваться для производства электродов сверхконденсаторов с высокими показателями, их большая удельная поверхность и развитая пористая структура способствуют быстрому накоплению и выделению заряда, повысив энергетическую плотность и мощность сверхконденсаторов. Мезопористый углеродный электрод для карбонированных перовскитовых солнечных батарей.f. Использование солнечной энергии:Мезопористые полупроводниковые материалы имеют важные применения в области солнечных батарей и фотокаталитического разложения воды на водород. Например, пленка мезопористого оксида титана является важным фотоанодным материалом в краситель - чувствительных солнечных батареях. Его большая удельная поверхность позволяет погрузить большее количество красительных молекул, увеличивая поглощение солнечного света и эффективность фотоэлектрического преобразования; в фотокаталитическом разложении воды на водород мезопористая структура способствует улучшению поглощения и использования света фотокатализатором, а также ускорению разделения и переноса фотосозданных носителей заряда, повысив выход водорода. Применение мезопористых полупроводниковых материалов в области солнечных батарей и фотокаталитического разложения воды с получением водорода.3.4. Биомедицинская областьg. Носители лекарственных препаратов:Мезопористые материалы имеют хорошую биосовместимость и большую порозность, что позволяет погрузить большое количество молекул лекарственных препаратов. За счет модификации поверхности пор можно обеспечить нацелевую доставку и контролируемое высвобождение лекарственных препаратов. Например, если противоопухолевые лекарственные препараты загружаются в нанодиски кремнеорганических мезопористых материалов и модифицируются лигандами, нацеленными на опухолевые клетки, лекарственные препараты могут точно накапливаться в опухолевой ткани, уменьшая токсические побочные эффекты на нормальную ткань; а также за счет регулирования структуры пор и свойств поверхности мезопористых материалов можно контролировать скорость высвобождения лекарственных препаратов, обеспечивая долговременное медленнорастворимое лечение. Применение мезопористого диоксида кремния в области носителей лекарственных препаратов.h. Биосенсоры:Используя большую удельную поверхность и хорошие свойства адсорбции мезопористых материалов, фиксируют биологические молекулы - идентификаторы (такие как ферменты, антитела, нуклеиновые кислоты и т.д.) для производства биосенсоров. Мезопористые материалы могут увеличить количество погруженных биологических молекул - идентификаторов, повысив чувствительность и предел детектирования сенсора. Например, глюкозный сенсор на основе углеродсодержащих мезопористых материалов может быстро и точно определить содержание глюкозы в крови, обеспечивая удобство для мониторинга уровня сахара в крови у пациентов с диабетом. Принципы применения мезопористого диоксида кремния в области биомедицины.3.5. Область электронной информацииi. Микроэлектронные приборы:В производстве полупроводниковых чипов мезопористые материалы могут использоваться для производства изоляционных слоев с низкой диэлектрической проницаемостью, чтобы уменьшить эффект емкостного кроссовка внутри чипа, сократить задержку передачи сигнала и повысить скорость и производительность чипа. Кроме того, мезопористые материалы могут использоваться для производства материалов для отвода тепла электронных устройств. Их большая удельная поверхность и хорошие свойства теплопроводности способствуют улучшению эффективности отвода тепла и обеспечению стабильной работы электронных устройств при высоких температурах.Тиристор с управляемым диэлектрическим диапазоном переменного емкости на пленке BMN.j. Оптические материалы:Мезопористые материалы могут использоваться в области оптики для производства оптических волнодающих линий, люминесцентных материалов и т.д. За счет долирования люминесцентными ионами редкоземельных элементов или органическими люминесцентными молекулами в мезопористые материалы можно регулировать свойства люминесценции и получать высокоэффективные люминесцентные материалы; мезопористая структура также может регулировать распространение света и использоваться для производства оптических волнодающих устройств с особыми оптическими свойствами, которые имеют потенциальные применения в области оптической связи и обработки оптической информации.

2015 - 2020 years, the team of Duan Xue started research on the combination of mesoporous materials and biomaterials. They combined mesoporous silica with biodegradable polymers and obtained composite materials with biocompatibility and controlled release, which can be used in fields like drug delivery and tissue engineering, thereby expanding the application scope of mesoporous materials in biomedicine. Duan Xue В период с 2015 по 2020 годы команда под руководством Yin Yadong использовала метод роста, индуцированного семенами, для синтеза мезопористых наночастиц с ядром и оболочкой. Сначала были синтезированы нанороды, а затем на их поверхности выросла мезопористая оболочка. Эта структура имеет очевидные преимущества в области доставки лекарств: ядро может содержать лекарство, а мезопористая оболочка может регулировать скорость высвобождения и обеспечивать таргетированную доставку, обеспечивая техническую поддержку для точного применения мезopористых материалов в биомедицине. Yin Yadong В период с 2015 по 2020 годы команда немецкого ученого Andreas Thomas разработала высокоэффективные электрокаталитические материалы для разложения воды на водород на основе мезопористых материалов. На поверхности мезопористого углерода были нанесены частицы переходных металлов - фосфидов. Мезопористый углерод способствует переносу электронов и диффузии электролита. Этот композитный катализатор имеет высокую активность в разложении воды на водород в кислотных и щелочных электролитах и высокую стабильность, обеспечивая высокопроизводительные материалы для производства водорода из возобновляемых источников энергии.Andreas Thomas В то же время команда американского ученого Angela M. Belchers, вдохновленная биоминерализацией, использовала генетически модифицированные вирусы в качестве шаблонов для синтеза мезopористых материалов. Эти материалы имеют уникальные преимущества в области носителей лекарств и биоизображения, могут обеспечить контролируемое высвобождение лекарств и высококонтрастное изображение, обеспечивая новые стратегии для зеленого синтеза и биомедицинского применения мезopористых материалов.Angela M. Belchers После 2020 года команда Zhang Jin сосредоточилась на исследованиях по регуляции наноструктуры и оптимизации свойств мезопористого углерода. Путем точного контроля процесса пиролиза источника углерода и введения специальных агентов - шаблонов были получены мезопористые углеродные материалы с точной структурой пор и высокой проводимостью. Эти материалы показывают превосходные свойства в устройствах для хранения энергии, таких как суперконденсаторы и литий - ионные батареи, обеспечивая ключевую материальную поддержку для развития высокопроизводительных устройств для хранения энергии.Zhang Jin С 2020 года американский ученый Paul Alivisatos изучает комплексные системы мезopористых материалов и квантовых точек. Квантовые точки были внедрены в поры мезopористого кремнийоксида. Полученные композитные материалы обладают свойствами свечения квантовых точек и преимуществами мезopористых материалов и имеют потенциальное применение в областях, таких как светодиоды и биоизображение, открывая новые направления для применения мезopористых материалов в фотоэлектронных устройствах и биомедицинских исследованиях. Paul Alivisatos Характеристики развития исследований1. Оптимизация свойств и исследования механизмовОсновной фокус исследований постепенно смещается на тонкую регуляцию свойств мезopористых материалов и углубленное изучение механизмов их действия. Ученые прилагают усилия к повышению стабильности мезopористых материалов, улучшению регулярности и однородности структуры их пор, чтобы удовлетворить строгие требования различных областей к свойствам материалов. 2. Функционализация и композитингДля того чтобы мезopористые материалы обладали более превосходными и разнообразными свойствами, функционализация и композитинг стали важными направлениями развития. Путем введения различных функциональных групп в поры мезopористых материалов или их комбинирования с другими материалами, им придаются новые свойства. 3. диверсификация применения3. С постоянным улучшением свойств и увеличением функциональности мезopористых материалов их область применения значительно расширилась. В области хранения и преобразования энергии мезopористые материалы показывают большое потенциал в качестве материалов для электродов батареи, носителей катализаторов и т.д. В области охраны окружающей среды они используются для обработки сточных вод, борьбы с загрязнением атмосферы и т.д. В биомедицинской области они играют важную роль в качестве носителей лекарств, биосенсоров и т.д. Мезopористые материалы также все больше привлекают внимание в области биомедицинских приложений, таких как доставка лекарств или гена. Особенно мезopористый кремнийоксид может быть получен различными методами синтеза в различных требуемых формах и размерах. Мезopористый кремнийоксид обладает биосовместимостью и может самопроизвольно разлагаться в тканях организма, поэтому может быть использован в качестве носителя лекарств. Более того, поскольку диаметр пор непосредственно влияет на загрузку и кинетику высвобождения лекарств в системе доставки, способность точно контролировать диаметр пор кремнийоксида обеспечит огромное преимущество в биомediцинских приложениях. История развития мезoporporистых материалов олицетворяет научную мудрость всего мира. От исследования синтеза до исследования свойств и расширения применения были достигнуты замечательные результаты. Сегодня они имеют огромный потенциål в многих передовых областях и постоянно обеспечивают ключевую материальную поддержку для решения глобальных проблем.

Группа ученых под руководством Chen Xiaoming в районе 1998 года начала исследования по объединению мезопористых материалов и металлоорганических каркасов (MOF). Они пытались сочетать преимущества пористой структуры мезопористых материалов с функциональностью MOF. С помощью коассамблирования они получили композитные материалы с иерархической пористой структурой и специальными свойствами, предложив новые идеи для комплексного и функционального развития мезопористых материалов. Chen Xiaoming В 1999 году южнокорейский ученый Ryoo использует мезопористые материалы в качестве жестких матриц и, последовательно используя MCM - 48, SBA - 1 и SBA - 15 в качестве матриц, получает мезопористые углеродные молекулярные сита CMK - 1, CMK - 2 и CMK - 3. Этот метод обеспечивает возможность синтеза не кремниевых мезопористых материалов, таких как благородные металлы, металлоксидные и сульфидные материалы, значительно расширяя спектр мезопористых материалов. Ryoo В период с 1992 по 1999 годы Чэ, основываясь на модели жидкокристаллических матриц, предложил более детальную модель синтеза мезопористых материалов. Он полагал, что зарядное сопоставление на самом деле представляет собой зарядное сопоставление между органическими и неорганическими ионами на границе раздела. Даже если количество используемого поверхностно - активного вещества меньше критической концентрации胶елей для образования палочкообразных胶елей, мезопористая структура все равно может формироваться. Также был предложен комплексный модель ионов силиката и поверхностно - активных веществ. 3. Этап углубления и расширения (начало 21 века - настоящее время)В районе 2000 года Танева полагал, что мезопористый кремнийоксид может формироваться за счет водородных связей между гидрофильными группами (S0) аминосольевых поверхностно - активных веществ и гидролизованным TEOS (I0). С использованием этого механизма можно синтезировать мезопористые материалы, такие как кремнийоксид, алюминийоксид, титановый диоксид и другие. Полученные мезопористые силикаты имеют более толстые стенки пор и высокую термическую стабильность. Он также синтезировал титансодержащий мезопористый молекулярный сито Ti - HMS, который демонстрирует потенциальную ценность в области катализа.  Японский ученый Такэси Татуми (Тацуми Такэси): в период с 2000 по 2005 годы получил выдающиеся результаты в области регулирования каталитических свойств мезопористых молекулярных сеток. В 2002 году он использовал химические модификации для функционализации поверхностей поровых каналов мезопористых молекулярных сеток, вводя специфические кислотные или щелочные центры, точно регулируя кислотность и щелочность молекулярного сита, что позволяло оптимизировать его селективность в различных каталитических реакциях. В реакции алкилирования модифицированный мезопористый молекулярный сито показывал более высокую селективность по отношению к целевому продукту, чем традиционные катализаторы, значительно повышая эффективность реакции и экономическую целесообразность, и способствуя применению мезопористых материалов в области катализа в тонкой химии. В 2003 году Чжао Донюань предложил концепцию "кислото - щелочных пар", используя неорганические предшественники, образующие кислото - щелочные пары, для синтеза ряда не кремниевых мезопористых материалов в неводной системе путем "саморегулирования" кислотности. Это предложило универсальный метод для синтеза мезопористых материалов из множественных оксидов, способствуя развитию мезопористых материалов в направлении диверсификации. В период с 2003 по 2005 годы группа по научным исследованиям Yu Jihong добавила значительный вклад в синтезе мезопористых молекулярных сеток. Они разработали новый метод синтеза мезопористых молекулярных сеток без использования матриц. Точные условия реакции, такие как кислотность/щелочность реакционной системы, температура и время реакции, позволили им успешно получить мезопористые молекулярные сита с определенной структурой поровых каналов, упрощая процесс синтеза и снижая стоимость производства. Yu Jihong Японский ученый Susumu Kitagawa (Китагава Сусуму) начиная с 2005 года, он сосредоточился на исследованиях мезопористых материалов, полученных из металлоорганических каркасов (MOF). В 2008 году он инновационно использовал материалы MOF в качестве предшественников и, с использованием таких методов, как пиролиз, получил мезопористый углерод, мезопористые металлоксидные материалы с уникальной структурой поровых каналов и большой удельной поверхностью. Эти материалы не только сохранили структурные преимущества MOF, но и демонстрировали превосходные свойства адсорбции, разделения и катализа. В области адсорбции газов мезопористый углерод, полученный из MOF, имеет吸附ную емкость по отношению к углероду (IV) оксиду, значительно превышающую емкость обычных адсорбентов, предлагая новое материальное решение для захвата и использования парниковых газов. Susumu Kitagawa Ученые прилагают усиления для разработки новых синтезных технологий, позволяющих точно контролировать диаметр пор и толщину стенок пор мезопористых материалов. Было изобретено метод синтеза с использованием вспомогательного импульсного электрического поля, который позволяет в чрезвычайно короткие сроки формировать высокоупорядоченную мезопористую структуру. Более того, диаметр пор можно точно контролировать в диапазоне от 1 до 20 нм путем изменения параметров электрического поля, обеспечивая новый технологический подход к получению высокопроизводительных мезопористых материалов. В районе 2005 года была разработана новая методика синтеза мезопористых молекулярных сеток. С использованием специальных органических матриц и определенных условий были получены мезопористые молекулярные сита с равномерным диаметром пор и хорошо кристаллизованными стенками пор. В период с 2010 по 2015 годы проводились глубокие исследования по применению мезопористых материалов в области адсорбционного разделения. С помощью химических модификаций поверхностей мезопористые материалы могут селективно adsорбировать органические молекулы и металлические ионы, способствуя защите окружающей среды и восстановлению ресурсов. В период с 2005 по 2010 годы группа ученых под руководством американского ученого Chad A. Mirkin объединила нанотехнологию ДНК с мезопористыми материалами. Они модифицировали поверхности мезопористых материалов ДНК - цепями с определенной последовательностью. Это позволяет материалам специфически распознаватьbiomolecules и обеспечивает высокочувствительное обнаружение биомаркеров, расширяя область применения мезопористых материалов в биомедицинском обследовании и предлагая идеи для разработки новых биосенсоров Chad A. Mirkin В период с 2005 по 2010 годы группа по научным исследованиям Zheng Nanfeng сосредоточалась на получении и исследовании свойств мезопористых металлических материалов. Они использовали методы мокрой химии для восстановления металлических солей в мезопористых матрицах и получили высокодисперсные мезопористые металлические наночастицы. Эти мезопористые металлические материалы демонстрируют превосходные свойства в реакциях электрокатализа и каталитического гидрирования, предлагая новые варианты материалов для применения мезопористых материалов в области энергетического катализа. Zheng Nanfeng Sang Il Seok (Сёк Сан Ил) с 2006 года сосредоточился на исследованиях мезопористых структур в солнечных батареях. С использованием методов растворительного и компонентного инженерирования он успешно получил высококачественные, бездефектные и фазостабильные перовскит - пленки. Также с использованием интерфейсного инженерирования он уменьшил рекомбинацию носителей заряда. В 2017 году он повысил фотoelectricпреобразующую эффективность перовскит - батареи до 22,1 %, установив несколько мировых рекордов для органических/неорганических перовскит - солнечных батареи и значительно способствуя применению и развитию мезопористых материалов в области солнечных батареи. Sang Il Seok В период с 2008 по 2012 годы Ryoji Kanno использовал соль - гель метод в сочетании с методами формирования матриц для получения различных металлоксидных материалов, таких как мезопористый церийоксид, оксид цинка и другие. Он точно регулировал параметры таких материалов, как диаметр пор, и обнаружил их уникальные свойства в области катализа и сенсорной техники. В период с 2015 по 2020 годы он проводил исследования по комплексам мезопористых материалов и наноструктур, например, комплекс мезопористого кремнийоксида и металлических наночастиц, для оптимизации их каталитических свойств в органической синтезе. Ryoji Kanno В период с 2010 по 2015 годы группа по научным исследованиям Fu Qiang сосредоточилась на исследованиях применения мезопористых материалов в области восстановления окружающей среды. Они получили мезопористые материалы, несущие фотокаталитически активные вещества, для деградации органических загрязняющих веществ в воде и удаления вредных газов из воздуха. Оптимизация структуры мезопористых материалов и способов их накипирования позволила им повысить фотокаталитическую эффективность, предложив новые материалы и технологические решения для решения экологических проблем. Fu Qiang В период с 2010 по 2015 годы группа немецкого ученого Markus Antonietti разработала метод ин - ситу роста функциональных полимеров в поровых каналах мезопористых материалов. Сначала получался мезопористый кремнийоксид, а затем вводились мономеры для полимеризации. Модифицированные полимером материалы использовались в органических реакциях, таких как этерификация, для повышения стабильности активных центров и регулирования селективности продуктов, предлагая новую стратегию для катализа в тонкой химии. Markus Antonietti В период с 2010 по 2015 годы американский ученый John B. Goodenough заинтересовался применением мезопористых материалов в электродах батареи. Он использовал мезопористый титановый диоксид в аноде литий - ионной батареи и обнаружил, что мезопористая структура сокращает путь диффузии ионов лития, увеличивает площадь контакта между электродом и электролитом, повышает скорость заряда и разряда батареи и ее циклическую стабильность, предлагая новые идеи для проектирования высокопроизводительных материалов для батареи.John B. Goodenough В то же время американский ученый Charles M. Lieber работал над разработкой нанотехнологических электронных устройств на основе мезопористых материалов. Его группа точно контролировала структуру мезопористого кремния и получала высокопроизводительные мезопористые кремниевые транзисторы с полевой эффективностью, повысивала эффективность переноса носителей заряда и снижала энергопотребление. Также они исследовали комплекс мезопористых материалов и нанопроводников, открывая новое направление развития мезопористых материалов в области нанотехнологической электроники. Charles M. Lieber