Pore size effects on surface charges and interfacial electrostatics of mesoporous silicas

介孔材料 静电学 化学工程 材料科学 纳米技术 表面电荷 化学 有机化学 物理化学 催化作用 工程类
作者
Kento Murota,Takumi Saito
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (30): 18073-18082 被引量:11
标识
DOI:10.1039/d2cp02520e
摘要

Water in confinement becomes more structured than bulk water, and its properties, such as the dielectric constant, change. It remains unclear, however, how the interfacial reactions in confinement, such as the adsorption of ions on the surfaces of small pores, differ from those in larger spaces. We focused on the deprotonation reaction of hydroxyl groups, a fundamental surface reaction, and investigated the dependence of the surface charge density on pore size by determining the surface charge densities of six types of mesoporous silicas with micropores and mesopores at different ionic strengths and pH levels from batch titration tests. The surface complexation model assuming a potential distribution based on the Poisson-Boltzmann equation in cylindrical coordinates was fitted to the obtained surface charge densities to relate the electrostatics near the surface to the surface reaction. The results showed that the absolute values of the surface charge densities decreased with decreasing pore diameter due to the overlap of the electrical double layers. Furthermore, the capacitance of the Stern layer optimized by fitting decreased with decreasing pore diameter, especially in pores smaller than 4 nm in diameter, which suggested that the dielectric constants of water decreased near the surfaces of small pores.
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