Deep eutectic solvents as both precursors and structure directing agents in the synthesis of nitrogen doped hierarchical carbons highly suitable for CO2 capture

碳化 化学工程 氯化胆碱 氮气 材料科学 比表面积 共晶体系 聚合物 吸附 试剂 间苯二酚 热稳定性 化学 吸附 有机化学 催化作用 合金 工程类
作者
Marı́a C. Gutiérrez,Daniel Carriazo,Conchi O. Ania,J.B. Parra,M. Luisa Ferrer,Francisco del Monte
出处
期刊:Energy and Environmental Science [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:4 (9): 3535-3535 被引量:184
标识
DOI:10.1039/c1ee01463c
摘要

Deep eutectic solvents (DESs) have been used in the synthesis of nitrogen-doped carbons exhibiting a hierarchical porous structure. The CO2 sorption capacity of these solid sorbents was extraordinary because of their relatively high nitrogen content and their bimodal porous structure where micropores provide high surface areas (ca. 700 m2 g−1) and macropores provide accessibility to such a surface. DESs were composed of resorcinol, 3-hydroxypyridine and choline chloride in 2 : 2 : 1 and 1 : 1 : 1 molar ratios. Polycondensation of resorcinol and 3-hydroxypyridine (with formaldehyde) promoted DES segregation in a spinodal-like decomposition process by the formation of a polymer rich phase and a depleted polymer phase. Thus, DESs played a multiple role in the synthetic process; the liquid medium that ensured reagents homogenization, the structure-directing agent that is responsible for the achievement of the hierarchical structure, and the source of carbon and nitrogen of the solid sorbent obtained after carbonization. Interestingly, the homogeneous incorporation of nitrogen at the solution stage of the synthetic process (rather than by post-treatment of the preformed carbon) allowed the achievement of significant nitrogen contents even in carbons obtained at relatively high temperatures (e.g. 8–12 at% for 600 °C and ca. 5 at% for 800 °C). It is worth noting that, despite thermal treatments at high temperatures tend to decrease the nitrogen content, the high surface area of the solid sorbents obtained at 800 °C contributed to a significant enhancement of CO2 capture while providing superior selectivity, recyclability and stability.

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