Highly porous chemically modified carbon cryogels and their coherent nanocomposites for energy applications

Energy and Environmental Science

Volumn 5, Issue 2, 2012, Pages 5619-5637

  Candelaria, Stephanie L ^a   Chen, Rong ^b,c   Jeong, Yoon Ha ^d   Cao, Guozhong ^a  

^a University of Washington   (United States)

^b INTEL CORPORATION   (United States)

^c HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

^d Pohang University of Science and Technology (POSTECH)   (South Korea)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON CRYOGELS; CHEMICAL COMPOSITIONS; CHEMICALLY MODIFIED CARBON; CONTROLLED HYDROLYSIS; ELECTRIC DOUBLE LAYER; ENERGY APPLICATIONS; ENERGY STORAGE APPLICATIONS; FREEZE DRYING; HEXAMINES; HIGH ENERGY; HIGH POWER DENSITY; LITHIUM-ION BATTERY; POLYCONDENSATION REACTIONS; POROUS CARBONS; POROUS STRUCTURES; PROCESSING CONDITION; REDUCED PRESSURE; SOLVENT REMOVAL; STORAGE PROPERTIES; VANADIUM PENTOXIDE;

BORON; COAGULATION; ELECTROLYTIC CAPACITORS; GELATION; HYDROGEN STORAGE; METHANE; NANOCOMPOSITES; POLYCONDENSATION; PORE STRUCTURE; PYROLYSIS; SCAFFOLDS; SURFACE CHEMISTRY; VANADIUM COMPOUNDS;

CARBON;

BORON; CARBON; CHEMICAL COMPOSITION; CONDENSATION; ELECTROCHEMICAL METHOD; ELECTRODE; ENERGY USE; HYDROLYSIS; HYDROXIDE; ION; LITHIUM; METHANE; NATURAL GAS; NITROGEN; OXIDE; POROUS MEDIUM; PRESSURE EFFECT; PYROLYSIS;

EID: 84856700323     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c1ee02634h     Document Type: Review

References (170)

1. H. O. Pierson, Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes, Noyes Publications, Park Ridge, NJ 1993
2. S. R. P. Silva, Properties of Amorphous Carbon, INSPEC, London 2003
3. B. C. Thompson J. M. J. Frechet Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 58 77
4. S. H. Park A. Roy S. Beaupre S. Cho N. Coates J. S. Moon D. Moses M. Leclerc K. Lee A. J. Heeger Nat. Photonics 2009 3 297 U5
5. H. Spanggaard F. C. Krebs Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2004 83 125 146
6. G. Dennler M. Scharber C. J. Brabec Adv. Mater. 2009 21 1323 1338
7. A. D. Pasquier H. E. Unalan A. Kanwal S. Miller M. Chhowalla Appl. Phys. Lett. 2005 87 203511
8. Y. K. Kim D. H. Min Langmuir 2009 25 11302 11306
9. D. S. Hecht L. B. Hu G. Irvin Adv. Mater. 2011 23 1482 1513
10. Y. Q. Sun Q. O. Wu G. Q. Shi Energy Environ. Sci. 2011 4 1113 1132
11. L. L. Zhang R. Zhou X. S. Zhao J. Mater. Chem. 2010 20 5983 5992
12. S. R. C. Vivekchand C. S. Rout K. S. Subrahmanyam A. Govindaraj C. N. R. Rao J. Chem. Sci. 2008 120 9 13
13. K. S. Subrahmanyam S. R. C. Vivekchand A. Govindaraj C. N. R. Rao J. Mater. Chem. 2008 18 1517 1523
14. E. Frackowiak F. Beguin Carbon 2002 40 1775 1787
15. E. Yoo J. Kim E. Hosono H. Zhou T. Kudo I. Honma Nano Lett. 2008 8 2277 2282
16. Y. P. Wu E. Rahm R. Holze J. Power Sources 2003 114 228 236
17. B. J. Landi M. J. Ganter C. D. Cress R. A. DiLeo R. P. Raffaelle Energy Environ. Sci. 2009 2 638 654
18. T. Otowa Y. Nojima T. Miyazaki Carbon 1997 35 1315 1319
19. C. Y. Lu H. S. Chiu Chem. Eng. Sci. 2006 61 1138 1145
20. V. Gomez-Serrano A. Macias-Garcia A. Espinosa-Mansilla C. Valenzuela-Calahorro Water Res. 1998 32 1 4
21. M. C. Annesini C. Di Carlo V. Piemonte L. Turchetti Biochem. Eng. J. 2008 40 205 210
22. D. J. Malik G. L. Warwick I. Mathieson N. A. Hoenich M. Streat Carbon 2005 43 2317 2329
23. R. J. A. Bigsby R. J. Rider G. N. Blount Proc. Inst. Mech. Eng., Part H 1998 212 373 381
24. C. Ye Q. M. Gong F. P. Lu J. Liang Sep. Purif. Technol. 2007 58 2 6
25. S. H. Joo S. J. Choi I. Oh J. Kwak Z. Liu O. Terasaki R. Ryoo Nature 2001 412 169 172
26. E. Auer A. Freund J. Pietsch T. Tacke Appl. Catal., A 1998 173 259 271
27. G. G. Park T. H. Yang Y. G. Yoon W. Y. Lee C. S. Kim Int. J. Hydrogen Energy 2003 28 645 650
28. A. Guha W. J. Lu T. A. Zawodzinski D. A. Schiraldi Carbon 2007 45 1506 1517
29. A. Ahmadpour D. D. Do Carbon 1996 34 471 479
30. M. Jagtoyen F. Derbyshire Carbon 1998 36 1085 1097
31. Z. H. Hu M. P. Srinivasan Microporous Mesoporous Mater. 1999 27 11 18
32. A. Aygun S. Yenisoy-Karakas I. Duman Microporous Mesoporous Mater. 2003 66 189 195
33. M. Ahmedna W. E. Marshall R. M. Rao Bioresour. Technol. 2000 71 113 123
34. R. W. Pekala J. Mater. Sci. 1989 24 3221 3227
35. R. W. Pekala F. M. Kong Polym. Prepr. 1989 30 221 223
36. H. Tamon H. Ishizaka T. Yamamoto T. Suzuki Carbon 1999 37 2049 2055
37. D. C. Wu R. W. Fu S. T. Zhang M. S. Dresselhaus G. Dresselhaus J. Non-Cryst. Solids 2004 336 26 31
38. D. Kawashima T. Aihara Y. Kobayashi T. Kyotani A. Tomita Chem. Mater. 2000 12 3397 3401
39. N. Job R. Pirard J. Marien J. P. Pirard Carbon 2004 42 619 628
40. C. Lin J. A. Ritter Carbon 1997 35 1271 1278
41. Y. Gogotsi A. Nikitin H. H. Ye W. Zhou J. E. Fischer B. Yi H. C. Foley Nat. Mater. 2003 2 591 594
42. R. Dash J. Chmiola G. Yushin Y. Gogotsi G. Laudisio J. Singer J. Fischer S. Kucheyev Carbon 2006 44 2489 2497
43. E. Kockrick C. Schrage L. Borchardt N. Klein M. Rose I. Senkovska S. Kaskel Carbon 2010 48 1707 1717
44. J. S. Beck J. C. Vartuli W. J. Roth M. E. Leonowicz C. T. Kresge K. D. Schmitt C. T. W. Chu D. H. Olson E. W. Sheppard S. B. McCullen J. Higinns J. L. Schlenker J. Am. Chem. Soc. 1992 114 10834 10843
45. J. Lee J. Kim T. Hyeon Adv. Mater. 2006 18 2073 2094
46. R. Ryoo S. H. Joo S. Jun J. Phys. Chem. B 1999 103 7743 7746
47. J. Lee S. Yoon T. Hyeon S. M. Oh K. B. Kim Chem. Commun. 1999 2177 2178
48. C. J. Brinker and G. W. Scherer, Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, San Diego, CA 1990
49. A. C. Pierre, Introduction to Sol-Gel Processing, Kluwer, Norwell, MA 1998
50. H. M. Shang Y. Wang M. Bliss G. Z. Cao Appl. Phys. Lett. 2005 87 051909
51. T. P. Chou Q. F. Zhang G. E. Fryxell B. Russo G. Z. Cao J. Phys. Chem. C 2007 111 6296 6302
52. Q. F. Zhang G. Z. Cao Nano Today 2011 6 91 109
53. A. C. Pierre G. M. Pajonk Chem. Rev. 2002 102 4243 4266
54. K. Barral J. Non-Cryst. Solids 1998 225 46 50
55. J. Biener M. Stadermann M. Suss M. A. Worsley M. M. Biener K. A. Rose T. F. Baumann Energy Environ. Sci. 2011 4 656 667
56. C. Moreno-Castilla M. B. Dawidziuk F. Carrasco-Marin Z. Zapata-Benabithe Carbon 2011 49 3808 3819
57. J. Z. Feng J. Feng C. R. Zhang J. Sol-Gel Sci. Technol. 2011 59 371 380
58. S. Tsujimura A. Nishina Y. Hamano K. Kano S. Shiraishi Electrochem. Commun. 2010 12 446 449
59. C. Liu F. Li L. P. Ma H. M. Cheng Adv. Mater. 2010 22 E28 E62
60. S. W. Lee B. M. Gallant H. R. Byon P. T. Hammond Y. Shao-Horn Energy Environ. Sci. 2011 4 1972 1985
61. P. J. Hall M. Mirzaeian S. I. Fletcher F. B. Sillars A. J. Rennie G. O. Shitta-Bey G. Wilson A. Cruden R. Carter Energy Environ. Sci. 2010 3 1238 1251
62. S. L. Candelaria Y. Y. Shao Y. Zhou X. L. Li J. Xiao J. Zhang J. Zhang Y. Wang J. Liu J. H. Li G. Z. Cao Nano Energy 2011
63. E. Frackowiak J. Braz. Chem. Soc. 2006 17 1074 1082
64. S. A. Al-Muhtaseb J. A. Ritter Adv. Mater. 2003 15 101 114
65. B. B. Garcia D. W. Liu S. Sepehri G. Z. Cao J. Non-Cryst. Solids 2010 356 1620 1625
66. J. Stöhr, NEXAFS Spectroscopy, Springer-Verlag, Berlin 1992
67. W. Daud W. S. W. Ali M. Z. Sulaiman J. Chem. Technol. Biotechnol. 2003 78 1 5
68. B. B. Garcia A. M. Feaver Q. Zhang R. D. Champion G. Z. Cao T. T. Fister K. P. Nagle G. T. Seidler J. Appl. Phys. 2008 104 014305 014309
69. H. F. Stoeckli Carbon 1990 28 1 6
70. E. P. Barrett L. G. Joyner P. P. Halenda J. Am. Chem. Soc. 1951 73 372 380
71. G. Q. Lu and X. S. Zhao, Nanoporous Materials: Science and Engineering, Imperial College Press, London 2004
72. A. Braun M. Bartsch B. Schnyder R. Kotz O. Haas A. Wokaun Carbon 2002 40 375 382
73. S. Blazewicz A. Swiatkowski B. J. Trznadel Carbon 1999 37 693 700
74. B. B. Garcia S. L. Candelaria G. Z. Cao Renewable Energy 2011 36 1788 1794
75. H. Y. Tian C. E. Buckley S. Mule M. Paskevicius B. B. Dhal Nanotechnology 2008 19 475605
76. X. Zhang M. Looney D. Solomon A. Whittaker Polymer 1997 38 5835 5848
77. X. Zhang D. Solomon Chem. Mater. 1999 11 384 391
78. S. Sepehri B. B. García G. Z. Cao Eur. J. Inorg. Chem. 2009 599 603
79. S. Sepehri B. B. García Q. F. Zhang G. Z. Cao Carbon 2009 47 1436 1443
80. K. Jurewicz K. Babel A. Ziolkowski H. Wachowska Electrochim. Acta 2003 48 1491 1498
81. D. Hulicova-Jurcakova M. Kodama S. Shiraishi H. Hatori Z. H. Zhu G. Q. Lu Adv. Funct. Mater. 2009 19 1800 1809
82. E. Frackowiak F. Beguin Carbon 2001 39 937 950
83. W. C. Chen T. C. Wen H. Teng Electrochim. Acta 2003 48 641 649
84. Z. Lei Z. Chen X. S. Zhao J. Phys. Chem. C 2010 114 19867 19874
85. M. Wu G. A. Snook V. Gupta M. Shaffer D. J. Fray G. Z. Chen J. Mater. Chem. 2005 15 2297 2302
86. M. Kawaguchi A. Itoh S. Yagi H. Oda J. Power Sources 2007 172 481 486
87. F. Ullmann, W. Gerhartz, Y. S. Yamamoto, F. T. Campbell, R. Pfefferkorn and J. F. Rounsaville, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemisty, VCH, Deerfield Beach, Florida, U.S.A. 2007
88. J. Jiang Q. Gao K. Xia J. Hu Microporous Mesoporous Mater. 2009 118 28 34
89. W. Li D. Chen Z. Li Y. Shi Y. Wan G. Wang Z. Jiang D. Zhao Carbon 2007 45 1757 1763
90. W. Kim M. Y. Kang J. B. Joo N. D. Kim I. K. Song P. Kim J. R. Yoon J. Yi J. Power Sources 2010 195 2125 2129
91. G. Lota K. Lota E. Frackowiak Electrochem. Commun. 2007 9 1828 1832
92. http://www.hybridcars.com/make/honda-mpg, accessed 7 September 2011
93. http://afstrinity.com, accessed 7 September 2011
94. http://www.edncom/contents/images/ec22ss.pdf, accessed 7 September 2011
95. A. F. Burke Proc. IEEE 2007 95 806 820
96. V. V. N. Obreja Phys. E. 2008 40 2596 2605
97. B. E. Conway, Electrochemical Supercapacitors Scientific Fundamentals and Technological Applications, Plenum Press, New York 1999
98. W. Feng X. Bin New Carbon Mater. 2006 21 176 184
99. A. Garcia-Gomez P. Miles T. A. Centeno J. M. Rojo Electrochim. Acta 2010 55 8539 8544
100. E. G. Calvo C. O. Ania L. Zubizarreta J. A. Menendez A. Arenillas Energy Fuels 2010 24 3334 3339
101. A. Szczurek K. Jurewicz G. Amaral-Labat V. Fierro A. Pizzi A. Celzard Carbon 2010 48 3874 3883
102. M. Inagaki H. Konno O. Tanaike J. Power Sources 2010 195 7880 7903
103. M. Kodama J. Yamashita Y. Soneda H. Hatori S. Nishimura K. Kamegawa Mater. Sci. Eng., B 2004 108 156 161
104. D. Hulicova J. Yamashita Y. Soneda H. Hatori M. Kodama Chem. Mater. 2005 17 1241 1247
105. T. Yamamoto T. Nishimura T. Suzuki H. Tamon J. Non-Cryst. Solids 2001 288 46 55
106. J. G. Lee J. Y. Kim S. H. Kim J. Power Sources 2006 160 1495 1500
107. T. E. Rufford D. Hulicova-Jurcakova Z. Zhu G. Q. Lu Electrochem. Commun. 2008 10 1594 1597
108. H. A. Andreas K. Lussier A. M. Oickle J. Power Sources 2009 187 275 283
109. C. O. Ania V. Khomenko E. Raymundo-Pinero J. B. Parra F. Beguin Adv. Funct. Mater. 2007 17 1828 1836
110. G. Lota B. Grzyb H. Machnikowska J. Machnikowska E. Frackowiak Chem. Phys. Lett. 2005 404 53 58
111. E. Frackowiak Phys. Chem. Chem. Phys. 2007 9 1774 1785
112. P. Azais L. Duclaux P. Florian D. Massiot M. A. Lillo-Rodenas A. Linares-Solano J. P. Peres C. Jehoulet F. Beguin J. Power Sources 2007 171 1046 1053
113. J. M. Tarascon M. Armand Nature 2001 414 359 367
114. J. Hassoun P. Reale B. Scrosati J. Mater. Chem. 2007 17 3668 3677
115. M. Armand J. M. Tarascon Nature 2008 451 652 357
116. L. Taberna S. Mitra P. Poizot P. Simon J. M. Tarascon Nat. Mater. 2006 5 567 573
117. E. A. Ponzio T. M. Benedetti R. M. Torresi Electrochim. Acta 2007 52 4419 4427
118. Y. Wang G. Z. Cao Adv. Mater. 2008 20 2251 2269
119. Y. Wang K. Takahashi K. Lee G. Z. Cao Adv. Funct. Mater. 2006 16 1133 1144
120. T. Watanabe Y. Ikeda T. Ono M. Hibino M. Hosoda K. Sakai T. Kudo Solid State Ionics 2002 151 313 320
121. I. Boyano M. Bengoechea I. de Meatza O. Miguel I. Cantero E. Ochoteco J. Rodriguez M. Lira-Cantu P. Gomez-Romero J. Power Sources 2007 166 471 477
122. L. Li Z. F. Yan Stud. Surf. Sci. Catal. 2005 156 523 528
123. K. Takahashi Y. Wang G. Z. Cao J. Phys. Chem. B 2005 109 48 51
124. A. Q. Pan D. W. Liu X. Y. Zhou B. B. Garcia S. Q. Liang G. Z. Cao J. Power Sources 2010 195 3893 3899
125. E. Potiron A. L. La Salle A. Verbaere Y. Piffard D. Guyomard Electrochim. Acta 1999 45 197 214
126. R. J. Al-Muhtaseb J. A. Ritter Adv. Mater. 2003 15 101 114
127. S. Passerini J. J. Ressler D. B. Le B. B. Owens W. H. Smyrl Electrochim. Acta 1999 44 2209 2217
128. I. H. Kim J. H. Kim B. W. Cho Y. H. Lee K. B. Kim J. Electrochem. Soc. 2006 153 A989 A996
129. D. W. Liu B. B. Garcia Q. Zhang Q. Guo Y. H. Zhang S. Sepehri G. Z. Cao Adv. Funct. Mater. 2009 19 1015 1023
130. D. W. Liu Y. Liu B. B. Garcia Q. Zheng A. Q. Pan Y. H. Jeong G. Z. Cao J. Mater. Chem. 2009 19 8789 8795
131. J. Liu G. Z. Cao Z. G. Yang D. H. Wang D. Dubois X. D. Zhou G. L. Graff L. R. Pederson J. G. Zhang ChemSusChem 2008 1 676 697
132. http://www.ngvc.org/about-ngv/index.html, accessed 7 September 2011
133. E. Kennedy, The Fresno Bee, 2 April 2005
134. J. T. Eberhardt, 2002 Diesel Engine Emissions Reduction (DEER) Workshop, 25-29 Aug 2002, San Diego, CA
135. S. Biloe V. Goetz A. Guillot Carbon 2002 40 1295 1308
136. T. Duren L. Sarkisov O. M. Yaghi R. Q. Snurr Langmuir 2004 20 2683 2689
137. A. Perrin A. Celzard J. F. Mareche G. Furdin Energy Fuels 2003 17 1283 1291
138. A. C. Lua T. Yang Carbon 2004 42 219 238
139. T. Yang A. C. Lua Microporous Mesoporous Mater. 2003 63 113 124
140. A. C. Lua T. Yang J. Colloid Interface Sci. 2004 274 594 601
141. A. C. Lua T. Yang J. Guo J. Anal. Appl. Pyrolysis 2004 72 279 287
142. J. Alcaniz-Monge M. A. De La Casa-Lillo C. Cazorla-Amoros A. Linares-Solano Carbon 1997 35 291 297
143. T. A. Brady M. Rostam-Abadi M. J. Rood Gas Sep. Purif. 1996 10 97 102
144. A. M. Feaver G. Z. Cao Carbon 2006 44 590 593
145. Y. S. Hsu T. P. Perng J. Alloys Compd. 1995 227 180 185
146. K. Imomata K. Kanazawa Y. Urabe H. Hosono T. Araki Carbon 2002 40 87 93
147. R. W. Pekala Macromolecules 1993 26 5487 5493
148. H. Tamon H. Ishizaka M. Mikami M. Okazaki Carbon 1997 35 791 796
149. B. Fang Y. Z. Wei K. Maruyama M. Kumagai J. Appl. Electrochem. 2005 35 229 233
150. C. Schmitt H. Probstle J. Fricke J. Non-Cryst. Solids 2001 285 277 282
151. V. P. Utgikar Technol. Soc. 2005 27 315 320
152. J. F. Hake J. Lissen M. Walbeck Energy Policy 2006 34 1271 1283
153. W. Grochala P. P. Edwards Chem. Rev. 2004 104 1283 1315
154. Y. Asakuma S. Miyauchi T. Yamamoto H. Aoki T. Miura Int. J. Hydrogen Energy 2003 28 529 536
155. T. Nakagawa A. Inomata H. Aoki T. Miura Int. J. Hydrogen Energy 2000 25 339 350
156. J. Bloch M. H. Mintz J. Alloys Compd. 1997 253-254 529 541
157. H. K. Birnbaumn C. Buckley F. Ziedes E. Sirois P. Rozenak S. Sponner J. S. Lin J. Alloys Compd. 1997 253-254 260 264
158. A. F. Gross C. C. Ahn S. L. Van Atta P. Liu J. J. Vajo Nanotechnology 2009 20 204005
159. C. Z. Wu H. M. Cheng J. Mater. Chem. 2010 20 5390 5400
160. S. Cahen J. B. Eymery R. Janot J. Power Sources 2009 189 902 908
161. L. Li X. Yao C. H. Sun A. J. Du L. N. Cheng Z. H. Zhu C. Z. Yu J. Zou S. C. Smith P. Wang H. M. Cheng R. L. Frost G. Q. M. Lu Adv. Funct. Mater. 2009 19 265 271
162. A. M. Feaver S. Sepehri P. Shamberger A. Stowe T. Autrey G. Z. Cao J. Phys. Chem. B 2007 111 7469 7472
163. S. Sepehri B. B. Garcia G. Z. Cao J. Mater. Chem. 2008 18 4034 4037
164. F. Baitalow J. Baumann G. Wolf K. Jaenicke-Röβler G. Leitner Thermochim. Acta 2002 391 159 168
165. A. Gutowska L. Li Y. Shin C. M. Wang X. H. S. Li J. C. Linehan R. S. Smith B. D. Kay B. Schmid W. Shaw M. Gutowski T. Autrey Angew. Chem., Int. Ed. 2005 44 3578 3582
166. A. F. Gross J. J. Vajo S. L. Van Atta G. L. Olson J. Phys. Chem. C 2008 112 5651 5657
167. S. Sepehri A. M. Feaver W. J. Shaw C. J. Howard Q. Zhang T. Autrey G. Z. Cao J. Phys. Chem. B 2007 111 14285 14289
168. H. E. Kissinger Anal. Chem. 1957 29 1702 1706
169. T. B. Marder Angew. Chem., Int. Ed. 2007 46 8116 8118
170. F. H. Stephens V. Pons R. T. Baker Dalton Trans. 2007 2613 2626