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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2409.04051 (cond-mat)
[提交于 2024年9月6日 ]

标题: 离子液体模板化离子硅石中多尺度孔隙的可控形成

标题: Controlled formation of multi-scale porosity in ionosilica templated by ionic liquid

Authors:Shilpa Sharma, Julian Oberdisse (L2C), Johan Alauzun (ICGM ICMMM), Philippe Dieudonné-George, Thomas Bizien, Cansu Akkaya, Peter Hesemann, Anne-Caroline Genix
摘要: 介孔系统在膜科学和应用中无处不在,因为它们具有高内表面积和可调节的孔径。 提出了一种通过离子液体(IL)模板形成介孔的水解离子硅薄膜的新合成路径,并与传统的非水解策略进行了比较。 对于这两种路径,通过结合热重分析(TGA)、氮气吸附和小角X射线散射(SAXS)的结果,研究了孔的多尺度形成作为IL含量的函数。 TGA和氮气吸附的结合提供了离子硅和孔体积分数的信息,包括介孔和大孔的贡献。 我们随后阐述了一个原创且定量的几何模型,基于由氮气吸附等温线提供的径向多分散性的小球(Rs = 1 -- 2 nm)和圆柱体(Lcyl = 10 -- 20 nm)来分析SAXS数据。 作为主要结果,我们发现对于给定的模板IL掺入量,两种合成路径产生非常相似的孔结构,但新水解薄膜更好的掺入效果提供了更高的介孔性。 我们的综合研究提供了介孔几何结构的连贯视图,从而为改善可访问介孔性对特定表面有贡献的多孔离子膜提供了一条优化路径。 可能的应用包括改进离子性能的电解质膜,例如在燃料电池和电池中,以及分子存储。
摘要: Mesoporous systems are ubiquitous in membrane science and applications due to their high internal surface area and tunable pore size. A new synthesis pathway of hydrolytic ionosilica films with mesopores formed by ionic liquid (IL) templating is proposed and compared to the traditional non-hydrolytic strategy. For both pathways, the multi-scale formation of pores has been studied as a function of IL content, combining results of thermogravimetric analysis (TGA), nitrogen sorption, and small-angle X-ray scattering (SAXS). The combination of TGA and nitrogen sorption provides access to ionosilica and pore volume fractions, with contributions of meso- and macropores. We then elaborate an original and quantitative geometrical model to analyze the SAXS data based on small spheres (Rs = 1 -- 2 nm) and cylinders (Lcyl = 10 -- 20 nm) with radial polydispersity provided by the nitrogen sorption isotherms. As a main result, we found that for a given incorporation of templating IL, both synthesis pathways produce very similar pore geometries, but the better incorporation efficacy of the new hydrolytic films provides a higher mesoporosity. Our combined study provides a coherent view of mesopore geometry, and thereby an optimization pathway of porous ionic membranes in terms of accessible mesoporosity contributing to the specific surface. Possible applications include electrolyte membranes of improved ionic properties, e.g., in fuel cells and batteries, as well as molecular storage.
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2409.04051 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2409.04051v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.04051
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Nanoscale, 2024, 16 (12), pp.6053-6067
相关 DOI: https://doi.org/10.1039/d3nr06213a
链接到相关资源的 DOI

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来自: Julian Oberdisse [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 9 月 6 日 06:46:05 UTC (1,660 KB)
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