Carbon aerogels and monoliths: Control of porosity and nanoarchitecture via Sol-Gel routes

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 1, 2014, Pages 196-210

  Antonietti, Markus ^a   Fechler, Nina ^a   Fellinger, Tim Patrick ^a  

^a MAX PLANCK INSTITUTE OF COLLOIDS AND INTERFACES   (Germany)

Author keywords

carbon aerogels; hydrothermal carbonization; salt templating; sol gel chemistry of carbon

Indexed keywords

CARBON AEROGELS; EXPERIMENTAL PARAMETERS; HIGH SPECIFIC SURFACE AREA; HYDROTHERMAL CARBONIZATION; IONOTHERMAL SYNTHESIS; POROUS CARBON MATERIALS; SOL-GEL CHEMISTRY; TEMPLATING;

AEROGELS; POROUS MATERIALS; SOL-GEL PROCESS; SOL-GELS; SYNTHESIS (CHEMICAL); THERMOCHEMISTRY;

CARBON;

EID: 84892585394     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm402239e     Document Type: Review

References (110)

1. Titirici, M.-M.; Antonietti, M. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 103-116
2. Kistler, S. S. Nature 1931, 127, 714-741
3. Mohanan, J. L.; Arachige, I. U.; Brock, S. L. Science 2005, 307, 397-400
4. Sevilla, M.; Yu, L.; Fellinger, T. P.; Fuertes, A. B.; Titirici, M.-M. RSC Adv. 2013, 3, 9904-9910
5. Li, X.-H.; Antonietti, M. Angew. Chem. 2013, 125, 4670-4674
6. Worsley, M. A.; Pauzauskie, P. J.; Olson, T. Y.; Biener, J.; Satcher, J. H.; Baumann, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14067-14069
7. Wu, Z.-S.; Yang, S.; Sun, Y.; Parvez, K.; Feng, X.; Müllen, K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9082-9085
8. Rolison, D. R. Science 2003, 299, 1698-1701
9. Pierre, A. C.; Pajonk, G. M. Chem. Rev. 2002, 102, 4243-4266
10. Bonnet, M.; Schmid, L.; Baiker, A.; Diederich, F. Adv. Funct. Mater. 2002, 12, 39-42
11. Kabbour, H.; Baumann, T. F.; Satcher, J. H.; Saulnier, A.; Ahn, C. C. Chem. Mater. 2006, 18, 6085-6087
12. Pekala, R. W.; Farmer, J. C.; Alviso, C. T.; Tran, T. D.; Mayer, S. T.; Miller, J. M.; Dunn, B. J. Non-Cryst. Solids 1998, 225, 74-80
13. Miller, J. M.; Dunn, B. Langmuir 1999, 15, 799-806
14. Frackowiak, E.; Béguin, F. Carbon 2001, 39, 937-950
15. Long, J. W.; Dunn, B.; Rolison, D. R.; White, H. S. Chem. Rev. 2004, 104, 4463-4492
16. Rolison, D. R.; Dunn, B. J. Mater. Chem. 2001, 11, 963-980
17. Li, W.; Reichenauer, G.; Fricke, J. Carbon 2002, 40, 2955-2959
18. Marie, J.; Berthon-Fabry, S.; Achard, P.; Chatenet, M.; Pradourat, A.; Chainet, E. J. Non-Cryst. Solids 2004, 350, 88-96
19. Shi, Y.; Wan, Y.; Zhao, D. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3854-3878
20. Fan, H.; Bentley, H. R.; Kathan, K. R.; Clem, P.; Lu, Y.; Brinker, C. J. J. Non-Cryst. Solids 2001, 285, 79-83
21. Nakanishi, K.; Soga, N. J. Am. Ceram. Soc. 1991, 74, 2518-2530
22. Minakuchi, H.; Nakanishi, K.; Soga, N.; Ishizuka, N.; Tanaka, N. Anal. Chem. 1996, 68, 3498-3501
23. Nakanishi, K.; Tanaka, N. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 863-873
24. Kitada, A.; Hasegawa, G.; Kobayashi, Y.; Kanamori, K.; Nakanishi, K.; Kageyama, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10894-10898
25. Hasegawa, G.; Ishihara, Y.; Kanamori, K.; Miyazaki, K.; Yamada, Y.; Nakanishi, K.; Abe, T. Chem. Mater. 2011, 23, 5208-5216
26. Long, D.; Zhang, J.; Yang, J.; Hu, Z.; Cheng, G.; Liu, X.; Zhang, R.; Zhan, L.; Qiao, W.; Ling, L. Carbon 2008, 46, 1259-1262
27. Ruben, G. C.; Pekala, R. W. J. Non-Cryst. Solids 1995, 186, 219-231
28. White, R. J.; Antonio, C.; Budarin, V. L.; Bergström, E.; Thomas-Oates, J.; Clark, J. H. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1834-1841
29. White, R. J.; Budarin, V. L.; Clark, J. H. Chem.-Eur. J. 2010, 16, 1326-1335
30. Antonietti, M.; Titirici, M. M. C. R. Chim. 2010, 13, 167-173
31. Titirici, M. M.; Antonietti, M.; Baccile, N. Green Chem. 2008, 10, 1204-1212
32. Hu, B.; Wang, K.; Wu, L. H.; Yu, S. H.; Antonietti, M.; Titirici, M. M. Adv. Mater. 2010, 22, 813-828
33. Pauly, T. R.; Liu, Y.; Pinnavaia, T. J.; Billinge, S. J. L.; Rieker, T. P. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8835-8842
34. Chiu, J. J.; Pine, D. J.; Bishop, S. T.; Chmelka, B. F. J. Catal. 2004, 221, 400-412
35. Fan, L. Z.; Hu, Y. S.; Maier, J.; Adelhelm, P.; Smarsly, B.; Antonietti, M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 3083-3087
36. Ryoo, R.; Joo, S. H.; Jun, S. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7743-41-7746
37. Jun, S.; Joo, S. H.; Ryoo, R.; Kruk, M.; Jaroniec, M.; Liu, Z.; Ohsuna, T.; Terasaki, O. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10712-10713
38. Lu, A. H.; Schüth, F. Adv. Mater. 2006, 18, 1793-1805
39. Wang, L.; Yang, R. T. Carbon 2012, 50, 3134-3140
40. Lee, K. T.; Lytle, J. C.; Ergang, N. S.; Oh, S. M.; Stein, A. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 547-556
41. Yang, H.; Shi, Q.; Liu, X.; Xie, S.; Jiang, D.; Zhang, F.; Yu, C.; Tu, B.; Zhao, D. Chem. Commun. 2002, 0, 2842-2843
42. Ruland, W.; Smarsly, B. J. Appl. Crystallogr. 2002, 35, 624-633
43. Adelhelm, P.; Hu, Y. S.; Chuenchom, L.; Antonietti, M.; Smarsly, B. M.; Maier, J. Adv. Mater. 2007, 19, 4012
44. Knop, A.; Scheib, W., Chemistry and Application of Phenolic Resins; Springer Verlag: Berlin, 1979; Vol. 55.
45. White, R. J.; Yoshizawa, N.; Antonietti, M.; Titirici, M.-M. Green Chem. 2011, 13, 57
46. Baccile, N.; Antonietti, M.; Titirici, M.-M. ChemSusChem 2010, 3, 246-253
47. Wohlgemuth, S.-A.; Vilela, F.; Titirici, M.-M.; Antonietti, M. Green Chem. 2012, 14, 741-749
48. Fellinger, T. P.; White, R. J.; Titirici, M. M.; Antonietti, M. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3254-3260
49. EP 2520544 (A1), 2012.
50. Petricevic, R.; Reichenauer, G.; Bock, V.; Emmerling, A.; Fricke, J. J. Non-Cryst. Solids 1998, 225, 41-45
51. Serp, P. F.; Luís, J. Carbon Materials for Catalysis; John Wiley & Sons: New York, 2009.
52. Lamer, V. K.; Dinegar, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1950, 72, 4847-4854
53. Fechler, N.; Wohlgemuth, S.-A.; Jaker, P.;; Antonietti, M. J. Mater. Chem. A, 2013.
54. Zhu, X.; Hillesheim, P. C.; Mahurin, S. M.; Wang, C.; Tian, C.; Brown, S.; Luo, H.; Veith, G. M.; Han, K. S.; Hagaman, E. W.; Liu, H.; Dai, S. ChemSusChem 2012, 5, 1912-1917
55. Das, N.; Pattanaik, P.; Das, R. J. Colloid Interface Sci. 2005, 292, 1-10
56. Fechler, N.; Fellinger, T.-P.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2013, 25, 75-79
57. Lu, A.-H.; Li, W.-C.; Schmidt, W.; Schüth, F. Microporous Mesoporous Mater. 2006, 95, 187-192
58. Liao, C.-J.; Chen, C.-F.; Chen, J.-H.; Chiang, S.-F.; Lin, Y.-J.; Chang, K.-Y. J. Biomed. Mater. Res. 2002, 59, 676-681
59. Queen, W. L.; Hwu, S.-J.; Reighard, S. Inorg. Chem. 2010, 49, 1316-1318
60. Paraknowitsch, J. P.; Zhang, J.; Su, D.; Thomas, A.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2010, 22, 87-92
61. Wang, X.; Lee, J. S.; Tsouris, C.; DePaoli, D. W.; Dai, S. J. Mater. Chem. 2010, 20, 4602-4608
62. Lee, J. S.; Wang, X.; Luo, H.; Dai, S. Adv. Mater. 2010, 22, 1004-1007
63. Lee, J. S.; Wang, X.; Luo, H.; Baker, G. A.; Dai, S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4596-4597
64. Wu, Z.-S.; Winter, A.; Chen, L.; Sun, Y.; Turchanin, A.; Feng, X.; Müllen, K. Adv. Mater. 2012, 24, 5130-5135
65. Jeong, H. M.; Lee, J. W.; Shin, W. H.; Choi, Y. J.; Shin, H. J.; Kang, J. K.; Choi, J. W. Nano Lett. 2011, 11, 2472-2477
66. Zhao, L.; Crombez, R.; Caballero, F. P.; Antonietti, M.; Texter, J.; Titirici, M.-M. Polymer 2010, 51, 4540-4546
67. Zhao, L.; Hu, Y.-S.; Li, H.; Wang, Z.; Chen, L. Adv. Mater. 2011, 23, 1385-1388
68. Ahmadpour, A.; Do, D. D. Carbon 1997, 35, 1723-1732
69. Azevedo, D. C. S.; Araújo, J. C. S.; Bastos-Neto, M.; Torres, A. E. B.; Jaguaribe, E. F.; Cavalcante, C. L. Microporous Mesoporous Mater. 2007, 100, 361-364
70. Hu, Z.; Srinivasan, M. P.; Ni, Y. Carbon 2001, 39, 877-886
71. Rao, C. N. R.; Sood, A. K.; Subrahmanyam, K. S.; Govindaraj, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 7752-7777
72. Fischer, U.; Saliger, R.; Bock, V.; Petricevic, R.; Fricke, J. J. Porous Mater. 1997, 4, 281-285
73. Dicks, A. L. J. Power Sources 2006, 156, 128-141
74. Antolini, E. Appl. Catal., B 2009, 88, 1-24
75. Moreno-Castilla, C.; Maldonado-Hódar, F. J. Carbon 2005, 43, 455-465
76. Aliev, A. E.; Oh, J.; Kozlov, M. E.; Kuznetsov, A. A.; Fang, S.; Fonseca, A. F.; Ovalle, R.; Lima, M. D.; Haque, M. H.; Gartstein, Y. N.; Zhang, M.; Zakhidov, A. A.; Baughman, R. H. Science 2009, 323, 1575-1578
77. Adebajo, M. O.; Frost, R. L.; Kloprogge, J. T.; Carmody, O.; Kokot, S. J. Porous Mater. 2003, 10, 159-170
78. Farmer, J. C.; Fix, D. V.; Mack, G. V.; Pekala, R. W.; Poco, J. F. J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 159-169
79. Hu, Y. S.; Adelhelm, P.; Smarsly, B. M.; Hore, S.; Antonietti, M.; Maier, J. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1873-1878
80. Soorholtz, M.; White, R. J.; Zimmermann, T.; Titirici, M.-M.; Antonietti, M.; Palkovits, R.; Schuth, F. Chem. Commun. 2013, 49, 240-242
81. Palkovits, R.; Antonietti, M.; Kuhn, P.; Thomas, A.; Schüth, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6909-6912
82. Zhang, P.; Yuan, J.; Li, H.; Liu, X.; Xu, X.; Antonietti, M.; Wang, Y. RSC Adv. 2013, 3, 1890-1895
83. Baker, W. S.; Long, J. W.; Stroud, R. M.; Rolison, D. R. J. Non-Cryst. Solids 2004, 350, 80-87
84. Guilminot, E.; Fischer, F.; Chatenet, M.; Rigacci, A.; Berthon-Fabry, S.; Achard, P.; Chainet, E. J. Power Sources 2007, 166, 104-111
85. Job, N.; Maillard, F.; Marie, J.; Berthon-Fabry, S.; Pirard, J.-P.; Chatenet, M. J. Mater. Sci. 2009, 44, 6591-6600
86. Marie, J.; Berthon-Fabry, S.; Chatenet, M.; Chainet, E.; Pirard, R.; Cornet, N.; Achard, P. J. Appl. Electrochem. 2007, 37, 147-153
87. Ye, S. Y.; Vijh, A. J. Solid State Electrochem. 2005, 9, 146-153
88. Ye, S. Y.; Vijh, A. K. Int. J. Hydrogen Energy 2005, 30, 1011-1015
89. Gong, K. P.; Du, F.; Xia, Z. H.; Durstock, M.; Dai, L. M. Science 2009, 323, 760-764
90. Liu, G.; Li, X.; Lee, J.-W.; Popov, B. N. Catal. Sci. Technol. 2011, 1, 207-217
91. Qu, L. T.; Liu, Y.; Baek, J. B.; Dai, L. M. ACS Nano 2010, 4, 1321-1326
92. Liu, R. L.; Wu, D. Q.; Feng, X. L.; Mullen, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 2565-2569
93. Yang, Z.; Yao, Z.; Li, G.; Fang, G.; Nie, H.; Liu, Z.; Zhou, X.; Chen, X. a.; Huang, S. ACS Nano 2011, 6, 205-211
94. Yang, L.; Jiang, S.; Zhao, Y.; Zhu, L.; Chen, S.; Wang, X.; Wu, Q.; Ma, J.; Ma, Y.; Hu, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7132-7135
95. Choi, C. H.; Park, S. H.; Woo, S. I. Green Chem. 2011, 13, 406-412
96. Fellinger, T.-P.; Hasché, F.; Strasser, P.; Antonietti, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4072-4075
97. Yang, W.; Fellinger, T.-P.; Antonietti, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 206-209
98. Wohlgemuth, S.-A.; White, R. J.; Titirici, M. M.; Willinger, M.; Antonietti, M. Green Chem. 2012, 14, 1515-1523
99. Jin, H.; Zhang, H.; Zhong, H.; Zhang, J. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3389-3394
100. Wohlgemuth, S. A.; Fellinger, T. P.; Jaker, P.; Antonietti, M. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 4002-4009
101. Dai, L.; Chang, D. W.; Baek, J.-B.; Lu, W. Small 2012, 8, 1130-1166
102. Knox, J. H.; Kaur, B.; Millward, G. R. J. Chromatogr., A 1986, 352, 3-56
103. Liang, C.; Li, Z.; Dai, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3696-58-3717
104. Zhao, D.; Huo, Q.; Feng, J.; Chmelka, B. F.; Stucky, G. D. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6024-6036
105. Chuenchom, L.; Kraehnert, R.; Smarsly, B. M. Soft Matter 2012, 8, 10801-10812
106. Tanaka, N.; Kobayashi, H.; Ishizuka, N.; Minakuchi, H.; Nakanishi, K.; Hosoya, K.; Ikegami, T. J. Chromatogr., A 2002, 965, 35-49
107. Otowa, T.; Nojima, Y.; Miyazaki, T. Carbon 1997, 35, 1315-1319
108. Molina-Sabio, M.; Rodriguez-Reinoso, F.; Caturla, F.; Selles, M. J. Carbon 1995, 33, 1105-1113
109. Barton, T. J.; Bull, L. M.; Klemperer, W. G.; Loy, D. A.; McEnaney, B.; Misono, M.; Monson, P. A.; Pez, G.; Scherer, G. W.; Vartuli, J. C.; Yaghi, O. M. Chem. Mater. 1999, 11, 2633-2656
110. Tsouris, C.; Mayes, R.; Kiggans, J.; Sharma, K.; Yiacoumi, S.; DePaoli, D.; Dai, S. Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 10243-10249