Densification of ionic liquid molecules within a hierarchical nanoporous carbon structure revealed by small-angle scattering and molecular dynamics simulation

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 2, 2014, Pages 1144-1153

  Bañuelos, José Leobardo ^a   Feng, Guang ^b   Fulvio, Pasquale F ^a   Li, Song ^b   Rother, Gernot ^a   Dai, Sheng ^a   Cummings, Peter T ^b   Wesolowski, David J ^a  

^a OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b VANDERBILT UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

energy storage; interfacial structure; mesoporous carbon; nanoconfinement; room temperature ionic liquid

Indexed keywords

ATOMISTIC MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; ELECTRICAL ENERGY STORAGES; INTERFACIAL STRUCTURES; MESOPOROUS CARBON; MOLECULAR DYNAMICS MODELING; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; NANOCONFINEMENTS; ROOM TEMPERATURE IONIC LIQUIDS;

CARBON; COMPUTER SIMULATION; ELECTRIC PROPERTIES; ENERGY STORAGE; IONIC LIQUIDS; MOLECULAR DYNAMICS;

MICROPOROSITY;

EID: 84893509158     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm4035159     Document Type: Article

References (93)

1. Arico, A. S.; Bruce, P.; Scrosati, B.; Tarascon, J.-M.; Van Schalkwijk, W. Nat. Mater. 2005, 4, 366
2. Chmiola, J.; Yushin, G.; Gogotsi, Y.; Portet, C.; Simon, P.; Taberna, P. L. Science 2006, 313, 1760
3. Choi, B. G.; Yang, M.; Hong, W. H.; Choi, J. W.; Huh, Y. S. ACS Nano 2012, 6, 4020
4. Jeong, H.-K.; Jin, M.; Ra, E. J.; Sheem, K. Y.; Han, G. H.; Arepalli, S.; Lee, Y. H. ACS Nano 2010, 4, 1162
5. Kim, T. Y.; Lee, H. W.; Stoller, M.; Dreyer, D. R.; Bielawski, C. W.; Ruoff, R. S.; Suh, K. S. ACS Nano 2010, 5, 436
6. Inagaki, M.; Konno, H.; Tanaike, O. J. Power Sources 2010, 195, 7880
7. Liu, C.; Yu, Z.; Neff, D.; Zhamu, A.; Jang, B. Z. Nano Lett. 2010, 10, 4863
8. Conway, B. E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications; Kluwer Academic/Plenum: New York, 1999.
9. Cheng, Q.; Tang, J.; Ma, J.; Zhang, H.; Shinya, N.; Qin, L.-C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 17615
10. Korenblit, Y.; Rose, M.; Kockrick, E.; Borchardt, L.; Kvit, A.; Kaskel, S.; Yushin, G. ACS Nano 2010, 4, 1337
11. Pech, D.; Brunet, M.; Durou, H.; Huang, P. H.; Mochalin, V.; Gogotsi, Y.; Taberna, P. L.; Simon, P. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 651
12. Wu, Z.-S.; Ren, W.; Xu, L.; Li, F.; Cheng, H.-M. ACS Nano 2011, 5, 5463
13. Vu, A.; Li, X.; Phillips, J.; Han, A.; Smyrl, W. H.; Bühlmann, P.; Stein, A. Chem. Mater. 2013.
14. Kornyshev, A. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5545
15. Wu, J.; Jiang, T.; Jiang, D.-e.; Jin, Z.; Henderson, D. Soft Matter 2011, 7, 11222
16. Zhai, Y.; Dou, Y.; Zhao, D.; Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Dai, S. Adv. Mater. 2011, 23, 4828
17. Wang, X.; Liang, C.; Dai, S. Langmuir 2008, 24, 7500
18. Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Wang, X.; Mahurin, S. M.; Bauer, J. C.; Presser, V.; McDonough, J.; Gogotsi, Y.; Dai, S. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 2208
19. Castner, E. W.; Wishart, J. F. J. Chem. Phys. 2010, 132, 120901
20. Annapureddy, H. V. R.; Kashyap, H. K.; De Biase, P. M.; Margulis, C. J. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 16838
21. Annapureddy, H. V. R.; Kashyap, H. K.; De Biase, P. M.; Margulis, C. J. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 9507
22. Li, S.; Bañuelos, J. L.; Guo, J.; Anovitz, L. M.; Rother, G.; Shaw, R. W.; Hillesheim, P. C.; Dai, S.; Baker, G. A.; Cummings, P. T. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 3, 125
23. Kislenko, S. A.; Samoylov, I. S.; Amirov, R. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 5584
24. Wang, S.; Li, S.; Cao, Z.; Yan, T. Y. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 990
25. Vatamanu, J.; Borodin, O.; Smith, G. D. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14825
26. Shim, Y.; Kim, H. J. ACS Nano 2010, 4, 2345
27. Singh, R.; Monk, J.; Hung, F. R. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 15478
28. Shim, Y.; Kim, H. J. ACS Nano 2009, 3, 1693
29. Wang, J.; Chu, H.; Li, Y. ACS Nano 2008, 2, 2540
30. Feng, G.; Cummings, P. T. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2859
31. Wu, P.; Huang, J.; Meunier, V.; Sumpter, B. G.; Qiao, R. ACS Nano 2011, 5, 9044
32. Monk, J.; Singh, R.; Hung, F. R. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 3034
33. Merlet, C.; Rotenberg, B.; Madden, P. A.; Taberna, P.-L.; Simon, P.; Gogotsi, Y.; Salanne, M. Nat. Mater. 2012, 11, 306
34. Feng, G.; Qiao, R.; Huang, J.; Dai, S.; Sumpter, B. G.; Meunier, V. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 1152
35. Israelachvili, J. N. Intermolecular and Surface Forces, 2 nd ed.; Academic Press: New York, 1992.
36. Niu, S. A.; Cao, Z.; Li, S.; Yan, T. Y. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 877
37. Perkin, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 5052
38. Tokuda, H.; Hayamizu, K.; Ishii, K.; Susan, M.; Watanabe, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6103
39. Fredlake, C. P.; Crosthwaite, J. M.; Hert, D. G.; Aki, S. N. V. K.; Brennecke, J. F. J. Chem. Eng. Data 2004, 49, 954
40. Liu, H.; Maginn, E. J. Chem. Phys. 2011, 135, 124507
41. Russina, O.; Triolo, A.; Gontrani, L.; Caminiti, R.; Xiao, D.; Hines, L. G.; Bartsch, R. A.; Quitevis, E. L.; Pleckhova, N.; Seddon, K. R. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 1
42. Bodo, E.; Gontrani, L.; Caminiti, R.; Plechkova, N. V.; Seddon, K. R.; Triolo, A. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 16398
43. Canongia Lopes, J. N.; Deschamps, J.; Pádua, A. A. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2038
44. Canongia Lopes, J. N.; Deschamps, J.; Pádua, A. A. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11250
45. Canongia Lopes, J. N.; Pádua, A. A. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16893
46. Köddermann, T.; Paschek, D.; Ludwig, R. ChemPhysChem 2007, 8, 2464
47. Zhao, W.; Eslami, H.; Cavalcanti, W. L.; Müller-Plathe, F. Z. Phys. Chem. 2007, 221, 1647
48. Sing, K. S. W.; Everett, D. H.; Haul, R. A. W.; Mouscou, L.; Pierotti, R. A.; Rouquerol, J.; Siemieniewska, T. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 603
49. Maginn, E. J. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 1
50. Maginn, E. J. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1200
51. Lian, J.; Duan, X.; Ma, J.; Peng, P.; Kim, T.; Zheng, W. ACS Nano 2009, 3, 3749
52. Zheng, W.; Liu, X.; Yan, Z.; Zhu, L. ACS Nano 2008, 3, 115
53. Swatloski, R. P.; Spear, S. K.; Holbrey, J. D.; Rogers, R. D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4974
54. Samayam, I. P.; Hanson, B. L.; Langan, P.; Schall, C. A. Biomacromolecules 2011, 12, 3091
55. Kang, Y. J.; Chun, S.-J.; Lee, S.-S.; Kim, B.-Y.; Kim, J. H.; Chung, H.; Lee, S.-Y.; Kim, W. ACS Nano 2012, 6, 6400
56. Wang, X. Q.; Liang, C. D.; Dai, S. Langmuir 2008, 24, 7500
57. Burrell, A. K.; Sesto, R. E. D.; Baker, S. N.; McCleskey, T. M.; Baker, G. A. Green Chem. 2007, 9, 449
58. Kline, S. J. Appl. Crystallogr. 2006, 39, 895
59. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Modell. 2001, 7, 306
60. Borodin, O. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11463
61. Bedrov, D.; Borodin, O.; Li, Z.; Smith, G. D. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 4984
62. Yeh, I. C.; Berkowitz, M. L. J. Chem. Phys. 1999, 111, 3155
63. Hess, B.; Bekker, H.; Berendsen, H. J. C.; Fraaije, J. G. E. M. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1463
64. Kruk, M.; Jaroniec, M.; Gadkaree, K. P. J. Colloid Interface Sci. 1997, 192, 250
65. Jaroniec, M.; Solovyov, L. A. Langmuir 2006, 22, 6757
66. Choma, J.; Górka, J.; Jaroniec, M. Microporous Mesoporous Mater. 2008, 112, 573
67. Kruk, M.; Jaroniec, M. Chem. Mater. 2001, 13, 3169
68. Hu, N.; Borkar, N.; Kohls, D.; Schaefer, D. W. J. Membr. Sci. 2011, 379, 138
69. Schaefer, D. W.; Pekala, R.; Beaucage, G. J. Non-Cryst. Solids 1995, 186, 159
70. Schaefer, D. W.; Keefer, K. D. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 2199
71. Guinier, A.; Fournet, G. Small-Angle Scattering of X-rays; John Wiley & Sons: New York, 1955.
72. Glatter, O.; Kratky, O. Small-Angle X-ray Scattering; Academic Press: New York, 1982.
73. Porod, G. Kolloid Z 1951, 124, 32
74. Ciccariello, S.; Riello, P. J. Appl. Crystallogr. 2007, 40, 282
75. Beaucage, G. J. Appl. Crystallogr. 1996, 29, 134
76. Teixeira, J. J. Appl. Crystallogr. 1988, 21, 781
77. Bale, H. D.; Schmidt, P. W. Phys. Rev. Lett. 1984, 53, 596
78. Lin, M. Y.; Sinha, S. K.; Drake, J. M.; Wu, X. l.; Thiyagarajan, P.; Stanley, H. B. Phys. Rev. Lett. 1994, 72, 2207
79. Wu, W.-l. Polymer 1982, 23, 1907
80. Anderson, J. L.; Dixon, J. K.; Brennecke, J. F. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1208
81. Stefanopoulos, K. L.; Romanos, G. E.; Vangeli, O. C.; Mergia, K.; Kanellopoulos, N. K.; Koutsioubas, A.; Lairez, D. Langmuir 2011, 27, 7980
82. Jaroniec, C. P.; Kruk, M.; Jaroniec, M.; Sayari, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5503
83. Kruk, M.; Jaroniec, M.; Sayari, A. Langmuir 1999, 15, 5683
84. Santos, L. M. N. B. F.; Canongia Lopes, J. N.; Coutinho, J. A. P.; Esperança, J. M. S. S.; Gomes, L. R.; Marrucho, I. M.; Rebelo, L. P. N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 129, 284
85. Zaitsau, D. H.; Kabo, G. J.; Strechan, A. A.; Paulechka, Y. U.; Tschersich, A.; Verevkin, S. P.; Heintz, A. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 7303
86. Kelkar, M. S.; Maginn, E. J. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 9424
87. Fernandes, A. M.; Rocha, M. A. A.; Freire, M. G.; Marrucho, I. M.; Coutinho, J. o. A. P.; Santos, L. s. M. N. B. F. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 4033
88. Zhou, H.; Rouha, M.; Feng, G.; Lee, S. S.; Docherty, H.; Fenter, P.; Cummings, P. T.; Fulvio, P. F.; Dai, S.; McDonough, J.; Presser, V.; Gogotsi, Y. ACS Nano 2012, 6, 9818
89. Perkin, S.; Crowhurst, L.; Niedermeyer, H.; Welton, T.; Smith, A. M.; Gosvami, N. N. Chem. Commun. 2011, 47, 6572
90. Feng, G.; Li, S.; Presser, V.; Cummings, P. T. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 3367
91. Gebbie, M. A.; Valtiner, M.; Banquy, X.; Fox, E. T.; Henderson, W. A.; Israelachvili, J. N. Proc. Natl. Acad. Sci. 2013, 110, 9674
92. Perkin, S.; Salanne, M.; Madden, P.; Lynden-Bell, R. Proc. Natl. Acad. Sci. 2013, 110, E4121
93. Gebbie, M. A.; Valtiner, M.; Banquy, X.; Henderson, W. A.; Israelachvili, J. N. Proc. Natl. Acad. Sci. 2013, 110, E4122