Carbide-derived carbon (original) (raw)
Carbide-derived carbon (CDC), also known as tunable nanoporous carbon, is the common term for carbon materials derived from carbide precursors, such as binary (e.g. SiC, TiC), or ternary carbides, also known as MAX phases (e.g., Ti2AlC, Ti3SiC2). CDCs have also been derived from polymer-derived ceramics such as Si-O-C or Ti-C, and carbonitrides, such as Si-N-C. CDCs can occur in various structures, ranging from amorphous to crystalline carbon, from sp2- to sp3-bonded, and from highly porous to fully dense. Among others, the following carbon structures have been derived from carbide precursors: micro- and mesoporous carbon, amorphous carbon, carbon nanotubes, onion-like carbon, nanocrystalline diamond, graphene, and graphite. Among carbon materials, microporous CDCs exhibit some of the high
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| dbo:abstract | Carbide-derived carbon (CDC), also known as tunable nanoporous carbon, is the common term for carbon materials derived from carbide precursors, such as binary (e.g. SiC, TiC), or ternary carbides, also known as MAX phases (e.g., Ti2AlC, Ti3SiC2). CDCs have also been derived from polymer-derived ceramics such as Si-O-C or Ti-C, and carbonitrides, such as Si-N-C. CDCs can occur in various structures, ranging from amorphous to crystalline carbon, from sp2- to sp3-bonded, and from highly porous to fully dense. Among others, the following carbon structures have been derived from carbide precursors: micro- and mesoporous carbon, amorphous carbon, carbon nanotubes, onion-like carbon, nanocrystalline diamond, graphene, and graphite. Among carbon materials, microporous CDCs exhibit some of the highest reported specific surface areas (up to more than 3000 m2/g). By varying the type of the precursor and the CDC synthesis conditions, microporous and mesoporous structures with controllable average pore size and pore size distributions can be produced. Depending on the precursor and the synthesis conditions, the average pore size control can be applied at sub-Angstrom accuracy. This ability to precisely tune the size and shapes of pores makes CDCs attractive for selective sorption and storage of liquids and gases (e.g., hydrogen, methane, CO2) and the high electric conductivity and electrochemical stability allows these structures to be effectively implemented in electrical energy storage and capacitive water desalinization. (en) Le carbone dérivé de carbures, ou CDC, est une désignation générique pour les matériaux carbonés issus de carbures précurseurs, qu'ils soient binaires, comme le carbure de silicium SiC et le carbure de titane TiC, ou ternaires, comme les phases MAX Ti2AlC et Ti3SiC2. Des matériaux CDC ont également été produits à partir de céramiques issues de polymères, comme Si–O–C et Ti–C, et de carbonitrures comme Si–N–C. De tels matériaux peuvent présenter des structures très variables, aussi bien amorphe que cristallisée, avec des hybridations sp2 et sp3, ainsi qu'une texture fortement poreuse ou entièrement compacte. On a ainsi pu obtenir du carbone (en) (pores de diamètre inférieur ou égal à 2 nm) et mésoporeux (pores de diamètre compris entre 2 et 50 nm), du carbone amorphe, des nanotubes de carbone, des (en), du graphène et du graphite. Parmi les matériaux carbonés, les CDC présentent les surfaces spécifiques parmi les plus élevées, pouvant atteindre 3 000 m2/g. Il est possible d'obtenir des structures microporeuses et mésoporeuses dont la taille et la distribution des pores peuvent être contrôlées avec une précision inférieure à l'ångström en faisant varier le type de précurseur et les conditions opératoires de la synthèse des CDC. Cette capacité à ajuster précisément la taille et la forme des pores rend les CDC intéressants pour développer des applications impliquant la sorption sélective de liquides ou de gaz comme le dihydrogène H2, le méthane CH4 ou le dioxyde de carbone CO2, tandis que la conductivité électrique et la stabilité électrochimique élevées de ces matériaux les rendent intéressants pour des applications de stockage de l'énergie électrique et de dessalement (en) de l'eau. Plusieurs termes ont été employés pour désigner les CDC, comme « carbone minéral » ou « carbone nanoporeux ». Le terme carbide-derived carbon a été introduit au début du XXIe siècle afin de souligner la nature des précurseurs de ces matériaux. Ainsi, les CDC issus du carbure de silicium SiC ont été désignés comme SiC-CDC, Si-CDC ou SiCDC. Depuis les années 2010, la recommandation est d'indiquer le précurseur dans la nomenclature, comme B4C-CDC, Ti3SiC2-CDC, W2C-CDC, etc.. (fr) |
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