Electrothermally‐Driven Ultrafast Chemical Modulation of Multifunctional Nanocarbon Aerogels

气凝胶 材料科学 纳米颗粒 纳米技术 催化作用 氧化物 焦耳加热 二苯并噻吩 光热治疗 纳米结构 碳纤维 化学工程 复合材料 硫黄 有机化学 化学 冶金 工程类 复合数
作者
Dong Xia,Qun Li,Jamie Mannering,Yi Qin,Heng Li,Yifei Xu,Ashiq Ahamed,Wenyu Zhou,Alexander N. Kulak,Peng Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (47): e2404364-e2404364 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202404364
摘要

Ultrahigh-temperature Joule-heating of carbon nanostructures opens up unique opportunities for property enhancements and expanded applications. This study employs rapid electrical Joule-heating at ultrahigh temperatures (up to 3000 K within 60 s) to induce a transformation in nanocarbon aerogels, resulting in highly graphitic structures. These aerogels function as versatile platforms for synthesizing customizable metal oxide nanoparticles while significantly reducing carbon emissions compared to conventional furnace heating methods. The thermal conductivity of the aerogel, characterized by Umklapp scattering, can be precisely adjusted by tuning the heating temperature. Utilizing the aerogel's superhydrophobic properties enables its practical application in filtration systems for efficiently separating toxic halogenated solvents from water. The hierarchically porous aerogel, featuring a high surface area of 607 m2 g-1, ensures the uniform distribution and spacing of embedded metal oxide nanoparticles, offering considerable advantages for catalytic applications. These findings demonstrate exceptional catalytic performance in oxidative desulfurization, achieving a 98.9% conversion of dibenzothiophene in the model fuel. These results are corroborated by theoretical calculations, surpassing many high-performance catalysts. This work highlights the pragmatic and highly efficient use of nanocarbon structures in nanoparticle synthesis under ultrahigh temperatures, with short heating durations. Its broad implications extend to the fields of electrochemistry, energy storage, and high-temperature sensing.
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