Ein mesoporöses Material weist in seiner Struktur Öffnungen mit einem Durchmesser zwischen 2 und 50 Nanometer (nm) auf. Hinsichtlich der Porosität liegt es zwischen mikroporösem Material, das Öffnungen von weniger als 2 nm aufweist, und makroporösem Material, das Öffnungen von mehr als 50 nm aufweist. Eines der Hauptmaterialien in dieser Klasse ist Kieselsäure, und der Großteil seiner wissenschaftlichen Verwendung beruht auf dem Füllen der Poren mit einem sekundären Material. Da die Öffnungen so klein sind, verursacht das mesoporöse Material innerhalb der Systeme andere Reaktionen als das Sekundärmaterial allein.
In der Physik ist eine Pore ein Maß für den leeren Raum. Ein poröses Objekt weist im Vergleich zu seiner Größe eine große Menge an Leere auf, während ein festes oder dichtes Objekt dies nicht tut. In den meisten Fällen basiert die Bedeutung von Poren innerhalb eines mesoporösen Materials auf der Oberfläche und den zugänglichen Poren. Alle vollständig verschlossenen Hohlräume sind typischerweise für die Verwendung nicht brauchbar.
Meso ist ein Präfix, das „Mitte“ bedeutet. In diesem Fall hat mesoporöses Material seinen Namen von der Tatsache, dass es größere Poren hat als die darunter liegende Klasse, aber kleinere als die darüber liegende Klasse. Der Grund, warum diese besondere Größe wichtig ist, ist einfach ihre Zwischennatur. In gewisser Weise verhält es sich wie ein größeres kleines Material und in anderer Weise verhält es sich wie ein kleines großes Material, das es ihm ermöglicht, Dinge zu tun, die andere Klassen nicht können.
Während die meisten mesoporösen Materialien auf Siliziumdioxid basieren, gibt es auch mehrere andere Typen. Mehrere Metalle oder deren Ausgangsbasen wie Zinn, Titan oder Aluminiumoxid sind mesoporös. Diese Metalle sind oft Übergangsmetalle, was bedeutet, dass sie aktiv sind oder die Möglichkeit haben, sich in etwas anderes zu verwandeln. Als Ergebnis werden stattdessen die viel stabileren und reichlicheren Kieselsäurematerialien verwendet.
Die meisten Verwendungen für ein mesoporöses Material beruhen auf zwei Faktoren. Erstens sind die Poren so klein, dass sie einen vergleichsweise kleinen Anteil der gesamten Substanz ausmachen. Wenn ein System mit dem Material interagiert, reagiert es daher typischerweise so, als ob es rein wäre, selbst wenn Sekundärstoffe mitgeführt werden. Zweitens ist die relative Oberfläche der Substanz viel größer, als ihre Größe vermuten lässt. Dadurch können sich im Vergleich zu mikroporösem Material größere Materialmengen innerhalb derselben physikalischen Größe bewegen.
Die Hauptaufgaben eines üblichen mesoporösen Materials fallen in zwei Kategorien: Transport und Filtration. Bei Transportaufgaben werden die Poren des Materials mit einem Sekundärstoff gefüllt und freigesetzt. Diese Materialien werden als Hauptmaterial mit ihrer Umgebung interagieren und das Sekundärmaterial wird einfach mitfahren. Bei der Filtration funktioniert der Prozess umgekehrt: Das reine Material wird in ein System abgegeben, in dem Sekundärstoffe in die Poren gelangen. Dies schafft eine einfache Methode, um bestimmte Materialien aus einer stehenden Mischung zu entfernen.