Иерархически пористые материалы: стратегии синтеза и проектирование структуры

Ввиду их большого потенциала в конверсии и хранении энергии, катализе, фотокатализе, адсорбции, разделении и бионаучных приложениях, дизайн и синтез иерархически пористых материалов привлекают значительное внимание. Иерархия материалов на уровнях пористости, структуры, морфологии и состава является ключевой для высокой эффективности во всех видах применений. Синтез и применение иерархически структурированных пористых материалов стали быстро развивающейся областью, и было разработано большое число методов синтеза. В этом обзоре рассмотрены недавние достижения по данной теме. После выявления преимуществ и проблем природных иерархически пористых материалов представлены синтетические иерархически пористые материалы. Сначала введены стратегии синтеза, применяемые для получения иерархически пористых материалов, и особенности синтеза и результирующих структур проиллюстрированы рядом примеров. Они включают методы шаблонирования (шаблонирование с помощью поверхностно-активных веществ, нанолитье, шаблонирование макропористых полимеров, шаблонирование коллоидных кристаллов и биовдохновлённые процессы, т.е. биошаблонирование), обычные техники (сверхкритические жидкости, эмульсия, лиофилизация, «breath figures», селективное выщелачивание, фазовое разделение, процесс цеолитизации и репликация) и базовые методы (контроль сол–гель и последующая обработка), а также явления самоформирования пористой иерархии. Приведены детальные примеры методов синтеза иерархически пористых структур с различным химическим составом (двойная пористость: микро–микропоры, микро–мезопоры, микро–макропоры, месео–мезопоры, мезо–макропоры; множественная пористость: микро–мезо–макропоры и мезо–мезо–макропоры). Надеемся, что этот обзор будет полезен начинающим в этой области и исследователям, которым требуется быстрый доступ к справочной информации о синтезе новых иерархически пористых материалов и методах контроля их структуры и морфологии.