Secondo la I.U.P.A.C. i materiali mesoporosi sono materiali nanoporosi contenenti pori con diametri compresi tra 2 e 50 nm.
I materiali mesoporosi, caratterizzati da aree superficiali elevate, distribuzione della dimensione dei pori ristretta e diametri dei pori regolabili hanno attirato molta attenzione sin dalla loro scoperta negli anni ’80 grazie alle loro proprietà e applicazioni promettenti in varie aree, tra cui adsorbimento, separazione e catalisi.
L’innovazione attraverso una progettazione specifica e razionale ha portato allo sviluppo di un’ampia gamma di questi materiali con diverse morfologie, strutture e funzionalità che attualmente fanno di questo campo uno dei più sviluppati nella scienza dei materiali.
Proprietà dei materiali mesoporosi
Presentano una serie di vantaggi quali le distribuzioni ristrette della dimensione dei pori ed elevate aree superficiali (>500 m2/g), biocompatibilità e bassa tossicità.
I materiali mesoporosi ordinati possono essere classificati in base alle dimensioni della struttura e alla geometria dei pori, ad esempio strutture cilindriche (2D o 3D) o a gabbia (3D).
Le strutture cilindriche, hanno un diametro dei pori uniforme e mostrano un potenziale per applicazioni in catalisi, adsorbimento e come veicoli nella somministrazione di farmaci
Al contrario, i solidi di tipo a gabbia sono costituiti da gabbie sferiche o ellissoidali collegate tridimensionalmente da finestre di collegamento che potrebbero essere utilizzate per controllare il trasferimento di massa di agenti attivi.
Tipici materiali mesoporosi sono il carbonio mesoporoso, alcuni tipi di silice e allumina e ossidi mesoporosi di niobio, tantalio, zirconio, cerio e biossido di stagno
Somministrazione di farmaci
Le nanoparticelle di silice mesoporosa hanno rivoluzionato il campo dei sistemi di somministrazione controllata di farmaci. Le loro proprietà strutturali svolgono infatti un ruolo chiave nelle prestazioni come dispositivi di rilascio di farmaci. Il diametro dei pori si comporta come un selettore dimensionale per il caricamento di molecole biologicamente attive all’interno delle cavità mesoporose. Inoltre, questo parametro regola la velocità di rilascio, agendo così come un fattore limitante che regola i processi di diffusione delle molecole nell’ambiente fisiologico
Catalisi
Dopo la loro scoperta all’inizio degli anni ’90, i materiali mesoporosi ordinati sono diventati una delle classi di materiali più studiate nella catalisi. Hanno infatti proprietà uniche come
aree superficiali elevate, composizioni controllabili, cristallinità , stabilità termica e chimica, porosità prevedibile, distribuzioni delle dimensioni dei pori stretti, funzionalità della superficie, nonché le opportunità che offrono per l’incorporazione di specie cataliticamente attive e selettive. Zeoliti, silice mesoporosa ordinata e strutture metallo-organiche sono tre tipi di materiali porosi che possono essere utilizzati come catalizzatori eterogenei.
Adsorbimento
Per le loro caratteristiche i materiali mesoporosi ordinati hanno i requisiti per essere eccellenti adsorbenti.
I processi basati sull’adsorbimento possono portare a uno dei percorsi più efficienti per la rimozione di sostanze tossiche, il controllo dell’inquinamento e lo stoccaggio di gas. Inoltre questi materiali sono ampiamente utilizzati per l’adsorbimento di ioni di metalli pesanti