Ordered Mesoporous Alumina with Tunable Morphologies and Pore Sizes for CO2 Capture and Dye Separation

材料科学 介孔材料 分离(统计) 化学工程 纳米技术 催化作用 有机化学 计算机科学 机器学习 工程类 化学
作者
Geok Leng Seah,Leyan Wang,Li Fang Tan,Chanikarn Tipjanrawee,Wardhana Aji Sasangka,Adam K. Usadi,Jonathan M. McConnachie,Kwan Wee Tan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (30): 36117-36129 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsami.1c06151
摘要

We describe a versatile and scalable strategy toward long-range and periodically ordered mesoporous alumina (Al2O3) structures by evaporation-induced self-assembly of a structure-directing ABA triblock copolymer (F127) mixed with aluminum tri-sec-butoxide-derived sol additive. We found that the separate preparation of the alkoxide sol-gel reaction before mixing with the block copolymer enabled access to a relatively unexplored parameter space of copolymer-to-additive composition, acid-to-metal molar ratio, and solvent, yielding ordered mesophases of two-dimensional (2D) lamellar, hexagonal cylinder, and 3D cage-like cubic lattices, as well as multiscale hierarchical ordered structures from spinodal decomposition-induced macro- and mesophase separation. Thermal annealing in air at 900 °C yielded well-ordered mesoporous crystalline γ-Al2O3 structures and hierarchically porous γ-Al2O3 with 3D interconnected macroscale and ordered mesoscale pore networks. The ordered Al2O3 structures exhibited tunable pore sizes in three different length scales, <2 nm (micropore), 2-11 nm (mesopore), and 1-5 μm (macropore), as well as high surface areas and pore volumes of up to 305 m2/g and 0.33 cm3/g, respectively. Moreover, the resultant mesoporous Al2O3 demonstrated enhanced adsorption capacities of carbon dioxide and Congo red dye. Such hierarchically ordered mesoporous Al2O3 are well-suited for green environmental solutions and urban sustainability applications, for example, high-temperature solid adsorbents and catalyst supports for carbon dioxide sequestration, fuel cells, and wastewater separation treatments.
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