Studio sui materiali mesoporosi: Un focus sugli Ossidi

Ossidi Mesoporosi: Soluzioni Avanzate per la Catalisi e l’Energia

Gli ossidi mesoporosi, grazie alle loro strutture porose ben definite, costituiscono eccellenti supporti catalitici per nanoparticelle metalliche. Questi materiali non solo impediscono l’aggregazione delle nanoparticelle, ma ne migliorano anche le prestazioni catalitiche.

Confrontati con altri materiali, gli ossidi mesoporosi vantano una vasta area superficiale che può superare i 1000 m²/g e dimensioni dei pori ridotte. Inoltre, sono capaci di essere rivestiti con uno o più composti, ampliando ulteriormente le loro applicazioni.

Secondo la classificazione dell'[International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)](https://iupac.org/), i materiali mesoporosi possono essere di natura ordinata o disordinata. Nei materiali mesoporosi ordinati, i pori sono disposti in modo uniforme. Tali materiali vengono ulteriormente suddivisi in ossidi mesoporosi non metallici e ossidi mesoporosi metallici.

Applicazioni Degli Ossidi Mesoporosi Ordinati Metallici

Gli ossidi mesoporosi ordinati metallici vengono ampiamente utilizzati grazie alla loro elevata superficie specifica e alla regolarità strutturale dei loro pori. Questi materiali sono fondamentali in settori come la conversione e l’immagazzinamento dell’energia, la catalisi, il rilevamento, l’adsorbimento e la separazione.

Ossidi Mesoporosi Non Metallici Ordinati

Gli ossidi mesoporosi non metallici ordinati si distinguono principalmente in materiali a base di silice e materiali a base di carbonio. Nel 1992, i ricercatori della [Mobil](https://it.wikipedia.org/wiki/Mobil) sintetizzarono per la prima volta una serie di materiali mesoporosi noti come Mobil Composition of Matter (MCM). Nonostante le pareti di silice amorfa, questi materiali presentano una struttura ordinata con mesopori uniformi.

Gli ossidi mesoporosi a base di silice e carbonio offrono numerosi vantaggi, tra cui una buona conduttività elettrica, una forte rigidità strutturale e un’ampia superficie specifica. Queste caratteristiche rendono tali materiali l’oggetto di innumerevoli ricerche per migliorarne le proprietà e le applicazioni.

Ossidi Mesoporosi Metallici Ordinati

Utilizzando la regolarità strutturale, la dimensione regolabile dei pori e l’elevata superficie specifica, gli ossidi mesoporosi ordinati metallici trovano svariate applicazioni. Tra gli ossidi metallici mesoporosi ordinati più studiati e sintetizzati troviamo Co3O4, TiO2, WO3, Al2O3, ZrO2, CeO2, NiO, Cr2O3, Sm2O3, In2O3 e UO2.

Tuttavia, per migliorare la stabilità strutturale e termica, sono necessari ulteriori studi e sviluppi. Ad esempio, i setacci molecolari mesoporosi di titanio, ottenuti tramite un processo sol-gel modificato, possono essere utilizzati nel trattamento delle acque reflue, nella purificazione dell’aria e nei materiali per celle solari.

Il biossido di zirconio, impiegato come catalizzatore acido solido nell’hydrocracking e nell’idroisomerizzazione, presenta una superficie specifica bassa, comportando una resa catalitica non ottimale. Per ovviare a questo problema, è stato sviluppato un ossido mesoporoso di ZrO2 utilizzando il solfato di zirconio.

Per ulteriori informazioni sulle proprietà e applicazioni dei materiali mesoporosi, puoi visitare le [risorse educative sulla chimica](https://www.factmonster.com/science/chemistry).

Uso dell’Ossido di Tungsteno e dei Tensioattivi di Sale di Ammonio Quaternario

# Applicazioni dell’Ossido di Tungsteno

L’ossido di tungsteno (WO3) trova un’ampia gamma di applicazioni nel campo della catalisi, elettrocromismo, stoccaggio energetico nei materiali elettrodici e nei materiali a microonde grazie alla sua versatilità.[1](https://it.wikipedia.org/wiki/Ossido_di_tungsteno). Per incrementare le capacità pratiche dell’ossido di tungsteno come fotocatalizzatore, si adotta una metodologia efficace per costruire strutture mesoporose specifiche di WO3. Viene utilizzata silice mesoporosa e acido fosfotungstico per ottenere ossido metallico mesoporoso ordinato.

# Setacci Molecolari e Tensioattivi Non Ionici

I tensioattivi non ionici sono stati ottenuti per la prima volta utilizzando alcossido di alluminio come fonte di alluminio dai setacci molecolari di ossido di alluminio mesoporoso, aventi un’area superficiale specifica di 500 m2/g.

Conversione della CO2 con Ossidi Mesoporosi

L’accumulo di biossido di carbonio (CO2) è il principale fattore dell’effetto serra, contribuendo al riscaldamento globale. Gli specialisti del clima sottolineano l’urgenza di sviluppare metodi efficaci per gestire le emissioni di anidride carbonica.

Gli ossidi mesoporosi metallici ordinati, grazie alla loro ampia superficie specifica e alle strutture dei pori, sono considerati promettenti catalizzatori per la conversione del biossido di carbonio mediante catalisi eterogenea.

# Processo di Idrogenazione della CO2

Durante il processo di idrogenazione della CO2 a 25°C, la reazione principale forma metanolo, mentre una reazione secondaria porta alla formazione di monossido di carbonio. La reazione principale è esotermica e avvantaggiata da basse temperature e alte pressioni. Al contrario, la seconda reazione è endotermica e avvantaggiata da alte temperature.

Sebbene l’aspetto cinetico favorisca la reazione principale a temperature superiori a 250°C, un’alta temperatura favorisce anche la seconda reazione, consumando idrogeno e riducendo la produzione di metanolo. La formazione di vapor acqueo può inoltre inibire l’efficacia del catalizzatore.

# Necessità di Un Catalizzatore Più Selettivo

L’idrogenazione della CO2 per produrre metanolo richiede un catalizzatore più selettivo. Metodi più efficaci, come la riduzione fotocatalitica, sono stati implementati tramite la sintesi di nanocristalli mesoporosi ordinati di ossido di indio. Utilizzando la silice mesoporosa altamente ordinata come matrice, l’introduzione della mesoporosità nell’ossido di indio ha migliorato significativamente le proprietà del fotocatalizzatore, rendendolo efficiente nella conversione del biossido di carbonio in metanolo.