サンタバーバラアモルファス-15

シリカベースの秩序化メソポーラス材料

サンタバーバラアモルファス-15（SBA-15）は、シリカをベースとした秩序構造を持つメソポーラス材料です。1998年にカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者によって初めて合成されました。^{[1]この材料は、その優れた特性と製造の容易さから、材料科学、}^[2]薬物送達、^[3]触媒、^[4]燃料電池^[5]など、様々な分野の科学者にとって重要な材料であることが証明されました。

合成手順

この手順は、次の 3 つのステップで構成される典型的な液晶テンプレートです。

溶液の調製：トリブロック共重合体 Pluronic P123を酸性水溶液に溶解する。テトラエチルオルトシリケート（TEOS）やテトラメチルオルトシリケート（TMOS）などのシリカ前駆体を溶液に加え、撹拌する。^[6]^[7]
水熱処理: 溶液を容器に密封し、温度 T1 に約 24 時間さらした後、より高い温度 T2 に 48 時間さらします。
洗浄と焼成：前のステップで得られたゲルを遠心分離しながら水とエタノールで洗浄し、最後に約550℃で6時間焼成します。

構造

SBA-15はメソポーラス構造を有しています。IUPACの定義によると、メソポーラスの直径は2～50nmです。^[8] SBA-15では、これらの細孔は円筒形で、比較的厚い細孔壁に沿って六角形に配列しており、熱安定性を有しています。^[9]

これらの物質の吸着等温線は典型的なヒステリシス挙動を示しているが、その原因についてはまだ議論が続いている。^[2]

透過型電子顕微鏡

サンプルの透過型電子顕微鏡検査では円筒形の細孔が示されますが、この材料の細孔が幾何学的な変形を示しているという事実も強調されます。

小角X線散乱

小角X線散乱パターンは、物質の六方晶構造に典型的なブラッグピークを示している。ピークの位置は格子定数に直接関係している。

$q_{hk}={\frac {4\pi}{a{\sqrt {3}}}}{\sqrt {h^{2}+k^{2}+hk}}$

ここで、h と k はミラー指数です。

典型的なSBA-15サンプルのTEM画像^[10]
SBA-15 の六角形構造のデモンストレーション。
SBA-15サンプルの小角X線散乱パターン（Haidarらのデータ）^[10]
SBA-15サンプルの典型的な等温線、Haidarらのデータ^[10]

参考文献

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[1] Zhao, Dongyuan; Feng, Jianglin; Huo, Qisheng; Melosh, Nicholas; Fredrickson, Glenn H.; Chmelka, Bradley F.; Stucky, Galen D. (1998-01-23). 「50～300オングストロームの周期的細孔を有するメソポーラスシリカのトリブロック共重合体合成」 . Science . 279 (5350): 548– 552. doi :10.1126/science.279.5350.548. ISSN 0036-8075. PMID 9438845.

[:0-2] Haidar, Ali F.; Belet, Artium; Goderis, Bart; Léonard, Alexandre F.; Gommes, Cedric J. (2024-08-20). 「Small-Angle Scattering Displays Equilibrium Instead of Metastable Capillary Condensation in SBA-15 Mesoporous Silica」. Langmuir . 40 (33): 17444– 17453. doi :10.1021/acs.langmuir.4c01609. hdl : 2268/321325 . ISSN 0743-7463. PMID 39110604.

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[5] Chen, Taipu; Chen, Lei; Zhao, Yutong; Hao, Jinkai; Shao, Zhigang (2024年7月). 「有機ホスホン酸修飾SBA-15によるポリベンゾイミダゾール膜の高温プロトン交換膜燃料電池性能の向上」 . Journal of Membrane Science . 707 122948. doi :10.1016/j.memsci.2024.122948.

[6] Cao, Liang; Man, Tiffany; Kruk, Michal (2009-03-24). 「ミセルエキスパンダーとしてトリイソプロピルベンゼンを用いた二次元六角形構造を有する超大孔SBA-15シリカの合成」 .材料化学. 21 (6): 1144– 1153. doi :10.1021/cm8012733. ISSN 0897-4756.

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[9] Chaudhary, Vasu; Sharma, Sweta (2017年6月). 「秩序化メソポーラス材料SBA-15の概要：合成、機能化、酸化反応への応用」 . Journal of Porous Materials . 24 (3): 741– 749. doi :10.1007/s10934-016-0311-z. ISSN 1380-2224.

[:1-10] ハイダル、アリ F.レオナルド、アレクサンドル。ゴムス、セドリック J. (2024-05-13)。「メソポーラス材料における小角散乱および収着データ」。データバース。土井：10.58119/ULG/S0HYHL。 {{cite web}}:欠落または空|url=(ヘルプ)