We investigated the effect of chemical acid treatments on hydrogen storage behaviors of the ordered mesoporous carbons (MCs). The surface functional groups and specific elements of the MCs were characterized with Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectrometry and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Also, the changes in the surface functional groups of the MCs were quantitatively detected by Boehm's titration method. The structural properties of the MCs were investigated using X-ray diffraction (XRD). The hydrogen adsorption capacity of the MCs was evaluated by means of adsorption isotherms at 77 K/1 bar. The formation of surface functional groups by the acidic treatments could influence on the hydrogen storage capacity of the MCs.
Nitrogen (N)-doped ordered mesoporous carbons (OMCs) with a dual transition metal system were synthesized as non-Pt catalysts for the ORR. The highly nitrogen doped OMCs were prepared by the precursor of ionic liquid (3-methyl-1-butylpyridine dicyanamide) for N/C species and a mesoporous silica template for the physical structure. Mostly, N-doped carbons are promoted by a single transition metal to improve catalytic activity for ORR in PEMFCs. In this study, our N-doped mesoporous carbons were promoted by the dual transition metals of iron and cobalt (Fe, Co), which were incorporated into the N-doped carbons lattice by subsequently heat treatments. All the prepared carbons were characterized by via transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). To evaluate the activities of synthesized doped carbons, linear sweep was recorded in an acidic solution to compare the ORR catalytic activities values for the use in the PEMFC system. The dual transition metal promotion improved the ORR activity compared with the single transition metal promotion, due to the increase in the quaternary nitrogen species from the structural change by the dual metals. The effect of different ratio of the dual metals into the N doped carbon were examined to evaluate the activities of the oxygen reduction reaction.
In this study, we prepared the magnesium oxide decorated ordered mesoporous carbons processed by the reduction of magnesium oxide precursor on the CMK-3 surfaces in order to investigate the characterization and the effect on their carbon dioxide adsorption behaviors. The magnesium contents of the prepared samples were characterized using XPS. The textural properties of the prepared samples were investigated by $N_2$/77 K adsorption isotherms by BET equation. The carbon dioxide adsorption capacities of the prepared samples were investigated by the amounts of carbon dioxide adsorptions at 298 K and 1.0 atm. The results showed that the magnesium oxide on the CMK-3 surface enhanced interaction between carbon dioxide and adsorbents. Consequently, it was found that the magnesium oxide led to an increase in the carbon dioxide adsorption capacity of the CMK-3.
A synthesis route to ordered mesoporous carbons with controllable nitrogen content has been developed for high-performance EDLC electrodes. Nitrogen-doped ordered mesoporous carbons (denoted as NMC) were prepared by carbonizing a mixture of two different carbon sources within the mesoporous silica designated by KIT-6. Furfuryl alcohol was used as a primary carbon precursor, and melamine as a nitrogen dopant. This synthesis procedure gave cubic Ia3d mesoporous carbons containing nitrogen as much as 13%. The carbon exhibited a narrow pore size distribution centered at 3-4 nm with large pore volume (0.6-1 cm3 g-1) and high specific BET surface area (700-1000 m2 g-1). Electrochemical behaviors of the NMC samples with various N-contents were investigated by a two-electrode measurement system at aqueous solutions. At low current density, the NMC exhibited markedly increasing capacitance due to the increase in the nitrogen content. This result could be attributed to the enhanced surface affinity between carbon electrode and electrolyte ions due to the hydrophilic nitrogen functional groups. At high current density conditions, the NMC samples exhibited decreasing specific capacitance against the increase in the nitrogen content. The loss of the capacitance with the N-content may be explained by high electric resistance which causes a significant IR drop at high current densities. The present results indicate that the optimal nitrogen content is required for achieving high power and high energy density simultaneously.
Periodically ordered mesoporous manganese oxides were synthesized in a single and double replication procedure. Mesoporous SBA-15 and -16 silica and their reverse replica carbons were successively used as hard templates. The silica and carbon pore systems were infiltrated with $Mn(NO_3)_2{\cdot}xH_2O$ or $Mn(AcAc)_2$, which was then converted to $Mn_2O_3$ at 873 K; the silica and carbon matrix were finally removed by NaOH solution or calcinations in air. The structure of the mesoporous $Mn_2O_3$, using a carbon template, corresponds to that of the original SBA-15 and SBA-16 silica. The products consist of hexagonally arranged cylindrical mesopores with crystalline pore walls or cubic mesoporous pores. The structure of replica has been confirmed by XRD, TEM analysis, and its electrochemical properties were tested with cyclic voltammetry. Formation of $Mn_2O_3$ inside the mesoporous carbon pore system showed much improved electrical properties.
In this work, ordered mesoporous carbons (OMCs) were prepared by the conventional templating method using mesoporous silica (SBA-15) for Pt-Ru catalyst supports in fuel cells. The influence of surface modification on carbon supports on the electrochemical activities of Pt-Ru/OMCs was investigated with different pH. The neutral-treated OMCs (N-OMCs), base-treated OMCs (B-OMCs), and acid-treated OMCs (A-OMCs) were prepared by treating OMCs with 2 M $C_6H_6$, 2 M KOH, and 2 M $H_3PO_4$, respectively. The surface characteristic of the carbon supports were determined X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The electrochemical activities of the Pt-Ru catalysts had been enhanced when the OMCs supports were treated by basic or neutral agents, while the electrochemical activities had been decayed for the A-OMCs supported Pt-Ru.
In this study, we synthesized mesoporous carbon (Carbonized Ni-FDU-15) containing nanoporous structures and magnetic nanoparticles. Carbonized Ni-FDU-15 was synthesized via evaporation-induced self-assembly (EISA) and direct carbonization by using a triblock copolymer (F127) as a structure-directing agent, a resol precursor as a carbon-pore wall forming material, and nickel (II) nitrate as a metal ion source. The mesoporous carbon has a well-ordered two-dimensional hexagonal structure. Meanwhile, nickel (Ni) metal and nickel oxide (NiO) were produced in the magnetic nanoparticles in the pore wall. The size of the nanoparticles was about 37 nm. The surface area, pore size and pore volume of Carbonized Ni-FDU-15 were $558m^2g^{-1}$, $22.5{\AA}$ and $0.5cm^3g^{-1}$, respectively. Carbonized Ni-FDU-15 was found to move in the direction of magnetic force when magnetic force was externally applied. The magnetic nanoparticle-bearing mesoporous carbons are expected to have high applicability in a wide variety of applications such as adsorption/separation, magnetic storage media, ferrofluid, magnetic resonance imaging (MRI) and drug targeting, etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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