Síntesis y caracterización de materiales híbridos mesoporosos orgánico-inorgánicos para su aplicación en procesos catalíticos

Abstract

Desde su descubrimiento en el año 1999 [1–3], los materiales híbridos orgánico-inorgánicos mesoporosos ordenados (PMOs) han tenido una gran repercusión en el ámbito científico, ya que un mismo material combina las ventajas de la química orgánica, en cuanto a la introducción de diferentes grupos funcionales, con la estabilidad térmica que presentan los sustratos inorgánicos. La síntesis de este tipo de materiales se realiza vía hidrólisis y condensación de diferentes precursores disilánicos en presencia de un agente director de la estructura (SDA), en un medio ácido o básico. De forma general, los precursores disilánicos con puentes orgánicos del tipo (R’O)3SiRSi(OR’)3 son [4] mezclados con trialcoxiorganosilanos del tipo (R’O)3SiR. Una de las características más destacadas de los PMOs reside en que los grupos orgánicos (R) están ubicados en las paredes de los poros, es decir, los grupos funcionales forman parte de la estructura del material y están distribuidos homogéneamente por toda la red silícica. Además, estos materiales poseen elevadas áreas superficiales (hasta 1200 m2/g), gruesas paredes porosas y elevados volúmenes de poro. Sus propiedades físico-químicas, como la flexibilidad o la hidrofobia, puede ser moduladas y, además, poseen una mayor estabilidad hidrotermal y mecánica que las sílices convencionales [5]. Por otro lado, nuevos grupos orgánicos pueden ser introducidos a través de un proceso de grafting [6] o mediante la post-funcionalización de los grupos funcionales ya presentes en el material. Estos grupos funcionales pueden ser modificados mediante diferentes reacciones químicas (bromación, sulfonación, aminación, epoxidación, o reacciones de Diels-Alder) obteniéndose así una gran variedad de PMOs [7]. De este modo, según los grupos funcionales presentes, estos materiales tienen una gran aplicabilidad en diferentes campos tales como catálisis [8], cromatografía [9], adsorbentes de contaminantes [10], aplicaciones biomédicas [11] y fotocatálisis [12], entre otras.

Since their discovery in 1999 [1–3], ordered mesoporous organicinorganic hybrid materials (PMOs) have had a major impact on the scientific community, because the same material has the advantages that provide organic chemistry, regarding the introduction of different functional groups, with the thermal stability of inorganic substrates. The synthesis of these types of materials are carried out through hydrolysis and condensation processes of different silane precursors in the presence of a structure directing agent (SDA) in acid or basic media. In general way, the disilane precursors with bridged organic groups of the type (R’O)3SiRSi(OR’)3 are mixed with trialkoxyorganosilanes of the type (R’O)3SiR [4]. One of the most remarkable characteristics of PMOs is that the organic groups (R) are located on the pore walls, that is, functional groups are part of the material structure, and they are homogeneously distributed in all the silica framework. Furthermore, these materials have high surface areas (up to 1200 m2/g), thick pore walls and large pore volumes. Their physicochemical properties, such as flexibility or hydrophobicity, can be modulated and, in addition, they have a higher hydrothermal and mechanical stability than conventional silicas [5]. On the other hand, new organic groups can be introduced via grafting processes [6] or via post-functionalization of functional groups already present in the material. These functional groups can be modified through different chemical reactions (bromination, sulfonation, amination, epoxidation, Diels-Alder reactions…), resulting in a huge variety of PMOs. In this way, depending on the functional groups present in these materials, they will be applied in different fields such as, catalysis [8], chromatography [9], pollutant adsorption [10], biomedical applications [11], and photocatalysis [12], among others.