High surface carbon aerogels with hierarchical and tunable pore structure were prepared using ionic liquid as carbon precursor via a simple salt templating method. The as-prepared carbon aerogels were characterized by nitrogen sorption measurement and scanning electron microscopy. Through instant visual observation experiments, it was found that salt eutectics not only serve as solvents, porogens, and templates, but also play an important role of foaming agents in the preparation of carbon aerogels. When the pyrolyzing temperature rises from 800 to $1000^{\circ}C$, the higher temperature deepens the carbonization reaction further to form a nanoporous interconnected fractal structure and increase the contribution of super-micropores and small mesopores and improve the specific surface area and pore volume, while having few effects on the macropores. As the mass ratio of ionic liquid to salt eutectics drops from 55% to 15%, that is, the content of salt eutectics increases, the salt eutectics gradually aggregate from ion pairs, to clusters with minimal free energy, and finally to a continuous salt phase, leading to the formation of micropores, uniform mesopores, and macropores, respectively; these processes cause BET specific surface area initially to increase but subsequently to decrease. With the mass ratio of ionic liquids to salts at 35% and carbonization temperature at $900^{\circ}C$, the specific surface area of the resultant carbon aerogels reached $2309m^2g^{-1}$. By controlling the carbonization temperature and mass ratio of the raw materials, the hierarchically porous architecture of carbon aerogels can be tuned; this advantage will promote their use in the fields of electrodes and adsorption.
Carbon aerogels are promising materials as electrodes for electrical double layer capacitors (EDLCs). An optimum process is presented for synthesis of nanoporous carbon aerogels via pyrolyzing resorcinol-formaldehyde (RF) organic aerogels, which could be cost-effectively manufactured from RF wet gels. The major reactions between resorcinol and formaldehyde include an addition reaction to form hydroxymethyl derivatives ($-CH_2OH$), and then a condensation reaction of the hydroxymethyl derivatives ($-CH_2-$)- and methylene ether ($-CH_2OCH_2-$) bridged compounds. The textural properties of carbon aerogels obtained were characterized by nitrogen adsorption/desorption analysis and SEM and TEM. The application of the resultant carbon for electrodes of electric double layers capacitor (EDLC) in organic TEABF4/ACN electrolyte indicated that the ESR, as low as 55 $m{\Omega}$, was smaller than for commercially activated carbons. And EDLC with carbon Aerogel electrodes has an excellent stable more than for commercially activated carbons.
The properties of microstructure, hydrophobicity/hydrophilicity, mechanical strength, and thermal conduction of pure/opacified silica aerogels synthesized by the sol-gel supercritical drying technique were investigated. The hydrophobic surface of opacified silica aerogels doped with carbon (0.13 g/cm3 density, 94% porosity, 580 m2/g specific surface area) transformed to hydrophilic surface after heat-treated above 30$0^{\circ}C$. The values of compressive modulus (1.85 MPa) and strength (0.5 MPa) of opacfied silica aerogels were about 20 times higher than those of pure silica aerogels. The mechanical properties of pure silica aerogels heat-treated at $700^{\circ}C$ were also considerably improved without changing their porosity and density. Particularly, compressive modulus and compressive strength of pure silica aerogels GPSed under 100$0^{\circ}C$ and 80 bar were improved 140 and 37 times, respectively. Thermal conductivities of pure/opacified silica aerogels measured at room temperature and 227$^{\circ}C$ were about 0.013 and 0.019 W/m.K, respectively, and were to be found very low value of 0.004 W/m.K below 10 torr pressure at room temperature.
In this work, highly porous carbons were prepared by chemical activation of carbonized biomass-derived aerogels. These aerogels were synthesized from watermelon flesh using a hydrothermal reaction. After carbonization, chemical activation was conducted using potassium hydroxide to enhance the specific surface area and microporosity. The micro-structural properties and morphologies were measured by X-ray diffraction and scanning electron microscopy, respectively. The specific surface area and microporosity were investigated by $N_2$/77 K adsorption-desorption isotherms using the Brunauer-Emmett-Teller method and Barrett-Joyner-Halenda equation, respectively. Hydrogen storage capacity was dependent on the activation temperature. The highest capacity of 2.7 wt% at 77 K and 1 bar was obtained with an activation temperature of $900^{\circ}C$.
The pyrolysized carbon xerogel and aerogels were prepared from the sol-gel polymerization of resorcinol-formaldehyde(RF) followed by the dry process under ambient pressure and supercritical carbon dioxide condition respectively. The thermal behaviour of RF polymer xerogel was investigated with TGA analyzer to correspond with the pyrolysis process. The surface properties such as particle size, morphology and the point of zero charge of the pyrolysized porous carbon aerogels were studied for the precious metal catalyst supported media. It was found that the volume of the polymer aerogel decreased because of the significant linear shrinkage and weight loss of polymer gel during the carbonization. The point of zero charge of the carbon aerogel pyrolysized at $1050^{\circ}C$ under inert gas flow was about 10.
Various carbon aerogels (CAs) were prepared from polymerization of resorcinol and formaldehyde and applied as the electrode materials of an electric double layer capacitor (EDLC) with the aim of controlling the textural and electrochemical properties of CAs by the type of base catalyst and the ratio of resorcinol to catalyst (R/C). The CAs from $NaHCO_3$ and $KHCO_3$ with $H^+$ ions had higher specific surface areas but exhibited lower electrochemical properties than those from $K_2CO_3$ and $Na_2CO_3$, which had more uniform pore size distributions. The electrochemical properties of $Na_2CO_3$ were superior to those of $K_2CO_3$ probably because the polarizing power of $Na^+$ ions was higher than $K^+$ ions. With an increasing R/C ratio, the pore sizes of CA showed a tendency to increase but the uniformity of the pore size distribution got worse. For the four base catalysts, the highest electrochemical property was obtained at the R/C ratio of 500.
Environmental and energy issues have always been a hot topic of global research. Oil leakage has caused great damage to the environment, affecting a wide area and it is difficult to clean up. In most cases, carbon-based adsorbents are typically utilized to remove oil spills because of their economic benefits and high adsorbent efficiency. At the same time, its excellent material properties can also be used for the preparation of supercapacitors. In this paper, the carbon aerogels were prepared by the one-step method. The prepared materials endowed a 3D network structure with a huge number of micropores and mesoporous, and the material is light-weight, stable, hydrophobic and has affinity for oil (17.02 g/g) to the KGM carbon aerogel. Through the physicchemical characterization, the KGM carbon aerogel shows specific surface area is $689m^2/g$, high water contact angle ($136.64^{\circ}$) and excellent reusability (more than 15 cycle times). In addition, we also discussed the electrochemical properties of the material and obtained the specific electrical capacity of 139 F/g under the condition of 1 A/g.
본 연구에서는 헥사 메틸렌 테트라민을 촉매로 사용하여 이소프로판올에서 레소시놀과 퍼푸랄을 졸-겔 중축합한 후 이소프로판올 동결 건조 조건에서 유기 겔을 직접 건조시킨 후 질소 분위기에서 탄화시켜 탄소 에어로겔을 제조하였다. 탄소 에어로겔의 제조 조건은 퍼푸랄에 대한 레소시놀의 몰비를 변경하여 조사하였다. 탄소에어로겔의 기공 구조에 대한 제조조건의 영향은 질소 흡착 등온선에 의해 고찰하였다. 탄소 에어로겔의 특성은 주사전자현미경과 적외선 분광법을 가지고 측정하였다. 전기 이중층 커패시터에서 전극으로서의 탄소 에어로겔의 기공 접근성과 성능을 전기 화학적으로 고찰하였다. 결과적으로 BET 표면적과 비용량은 R/C 비율에 따라 증가하였으며, 765 ㎡/g 및 132 F/g의 최대 값은 각각 R/C 비율 200에서 달성되었다. 결론적으로 R/C 비율을 높이면 CA 전극의 평균 기공 크기가 증가하여 시스템의 속도 성능이 향상됨을 확인하였다.
Jeon, Da-Hee;Min, Byung-Gak;Oh, Jong Gab;Nah, Changwoon;Park, Soo-Jin
Carbon letters
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제16권1호
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pp.57-61
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2015
Carbon aerogel is a porous carbon material possessing high porosity and high specific surface area. Nitrogen doping reduced the specific surface area and micropores, but it furnished basic sites to improve the $CO_2$ selectivity. In this work, N-doped carbon aerogels were prepared with different ratios of resorcinol/melamine by using the sol-gel method. The morphological properties were characterized by scanning electron microscopy (SEM). Nitrogen content was studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and the specific surface area and micropore volume were analyzed by $N_2$ adsorption-desorption isotherms at 77 K. The $CO_2$ adsorption capacity was investigated by $CO_2$ adsorption-desorption isotherms at 298 K and 1 bar. Melamine containing N-doped CAs showed a high nitrogen content (5.54 wt.%). The prepared N-doped CAs exhibited a high $CO_2$ capture capacity of 118.77 mg/g (at resorcinol/melamine = 1:0.3). Therefore, we confirmed that the $CO_2$ adsorption capacity was strongly affected by the nitrogen moieties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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