Silicon–boron–carbon–nitrogen monoliths with high, interconnected and hierarchical porosity

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作者
Olivier Majoulet,Fabien Sandra,Mikhaël Bechelany,Guillaume Bonnefont,G. Fantozzi,L. Joly-Pottuz,Annie Malchère,Samuel Bernard,Philippe Miele
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:1 (36): 10991-10991 被引量:38
标识
DOI:10.1039/c3ta12119d
摘要

Silicon–boron–carbon–nitrogen (Si–B–C–N) monoliths with high, interconnected and hierarchical porosity have been prepared by spark plasma sintering (SPS) of ordered mesoporous powders with a P6mm hexagonal symmetry at low temperature without any sintering additives. The ordered mesoporous Si–B–C–N powders derived from boron-modified polycarbosilazanes displayed a mesopore population centred on 4.6 nm, a total pore volume of 0.78 cm3 g−1 and a specific surface area of 544 m2 g−1. They have been partially sintered in the temperature range 800–1000 °C under nitrogen to lead to robust meso-/macroporous Si–B–C–N monoliths with surface areas of 123–171 m2 g−1, mesopore diameters centred on 6.2–6.5 nm and total pore volumes varying from 0.25 to 0.35 cm3 g−1 measured by nitrogen adsorption experiments. As-obtained crack-free Si–B–C–N monoliths displayed porosities from 59 to 69% and a relatively large pore size distribution as determined by helium pycnometry and confirmed by mercury porosimetry. TEM observations and low angle X-ray diffraction (LA-XRD) confirmed the formation of monoliths that maintained a mesoporosity organization in comparison to starting powders while SEM experiments showed a microstructure in which necks are formed around the area of contact between particles. With a thermal stability extending up to 1400 °C in flowing nitrogen and a heat conductivity of 0.647 W m−1 K−1 for the most porous component, these new materials display the necessary intrinsic properties required as porous supports working in a harsh environment.

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