The hexagonally ordered mesoporous silica denoted as SBA-15 was reported by Zhao et al. in 1998. The silica materials exhibit large surface area (700-900 $m^2 g^{-1}$) , extended pore size (5 - 15 nm) and thick walls (2 - 4 nm). Due to its appealing textural properties and appreciable thermal and hydrothermal stability, SBA-15 has recently attracted much research attention for potential applications in catalysis or separation processes. Along the way, the precise character of the 1-dimensional channel or 3-dimensional interconnection of the pore systems has been a matter of debate for the past few years and direct control of the interconnecting porosity during synthesis still remains as a challenge. Such control is particularly desirable for applications involving host-guest interactions, adsorption or diffusion processes, and template synthesis for other nano-structured materials. Another important aspect of SBA-15 materials is linked to the commercial requirements for their synthesis. There is a strong demand for low cost processes, the possibility of scaling-up the batch size, high yields and synthesis efficiency. Here, a simple synthetic approach allowing an easy and highly reproducible control of the network connectivity and wall thickness of SBA-15 is proposed, by adjusting the $SiO_2$: P123 ratio and decreasing substantially the HCl concentration compared with the original system. In addition, the present synthesis conditions, with stirring at decreasing acid concentration, are suitable for the production of high-quality SBA-15 materials, irrespective of the synthesis batch size and the different silica precursors.
In contrast to ordinary mesoporous silicas, the SBA-15 type large mesoporous silicas exhibit sufficiently high affinity toward organic species, allowing the systematic incorporation of polymers without blocking the mesopores. The resultant mesoporous polymer/silica composite materials have advantages due to their synergistically enhanced properties resulting from the integration of cross-linked polymers and mesoporous silica. Since the ordered mesoporous topology of silica is maintained after the polymerization of the monomers, the composite system can be conveniently 'tailored' at the step of the silica synthesis. Moreover, the composite materials can be post-functionalized for various applications by using the polymer moieties. Since silica and the cross-linked polymers form interpenetrating composite frameworks, the robust mesoporous composite structures exhibit tremendously enhanced hydrothermal stability compared with the pure siliceous materials, providing wider application perspectives in aqueous environment. The polymer/silica composite materials are expected to attract much interest for numerous applications including biomolecular separation, pollutants removal, selective ion exchange, and the manufacture of high-performance catalysts and sensors.
1998년 Zhao를 비롯한 연구원들은 SBA-15 라 명명된 메조 다공성 실리카 물질을 합성하였다. 삼블럭공중합체 고분자를 구조유도체로 사용하여 합성된 이 실리카 물질은 넓은 표면적 (700-900 $m^2g^{-1}$) 과 기존의 메조다공성 실리카에 비해 크게 확장된 기공 크기 (5-15 nm), 그리고 두꺼운 골격 (2-4 nm)을 가지기 때문에 촉매, 분리 등 많은 분야에서 관심을 끌어왔다. 하지만 기존의 합성 방법은 지나치게 많은 양의 강산을 사용하기 때문에 필연적으로 많은 양의 오염 물질을 부산물로 배출할 수 밖에 없었으며 이는 이 물질의 산업화에 큰 걸림돌로 작용했다. 또한 높은 농도의 강산을 사용할 때에는 지나치게 빠른 실리카의 침전 속도 때문에 그 구조의 제어가 매우 힘들었고, 합성의 재현성이 떨어진다는 단점이 있었다. 이번 논문에서는 반응 용액의 산도를 최적화 시킴으로써 이러한 문제들을 해결하였다. 여기에 더해 실리카 와 삼블럭공중합체 고분자의 비를 조절함로써SBA-15의 기공연결구조를 일차원에서 삼차원으로 조절하는 전략을 제시하였다.
논문의 후반부에서는 삼블럭공중합체 고분자를 구조 유도체로 사용하여 합성된 메조다공성 실리카들을 이용하여 고분자/실리카 복합재료를 합성하는 전략을 제시하였다. 메조다공성 실리카에 선택적으로 흡착된 유기 단량체를 중합시킴으로써 실리카의 구조적인 특징이 살아 있는 복합재료를 합성할 수 있었다. 이러한 복합재료는 고분자를 담지하기 위해 실리카의 종류에 따라 다양한 구조를 가질 수 있으며, 표면에 부착된 고분자 층을 이용하여 용이하게 기능기들을 붙일 수 있는 장점이 있다. 때문에 가까운 미래에 촉매, 센서, 흡착 분리 등 많은 분야로의 응용이 가능하리라 짐작된다.
