Carbon Replicas of Porous Concrete Obtained by Chemical Vapor Deposition—Some Aspects of the Synthesis Mechanism

Abstract

In this contribution, the template assisted synthesis of porous carbons by chemical vapor deposition in porous concrete templates has been described for the first time. Porous concrete made templates can be obtained in almost any geometrical shape and are therefore attractive templates to prepare porous carbon monoliths. The carbon deposition process in porous concrete follows a three-stage-course consisting in an initial period, a period of fast carbon deposition and a period of slow carbon deposition. The carbon growth within the template pores occurs obviously plug-like from the inner to the outer sphere. Any continuous covering of the template pore walls by carbon could not be observed. In difference to porous concrete, the carbon deposition in silica gel is strongly accompanied by mass transfer limitations. For porous concrete, such strong effect has not been observed obviously due to its hierarchical pore system. The template materials have been loaded with carbon by chemical vapor deposition in a flow reactor. The process of the template pore filling has been characterized by the time dependence of the template mass gain. The materials have been characterized by means of X-ray tomography and nitrogen adsorption at 77 K, respectively.

Modellierung und Simulation der templatgestützten Synthese von porösen Kohlenstoffgerüsten mittels COMSOL Multiphysics

“…Eine derartige Induktionsperiode wurde auch fu ¨r andere Template bzw. Kohlenstoffprecursoren gefunden [7]. Offenbar werden zu Beginn aus dem Precursor erst reaktive Spezies gebildet, die dann zu (festem) Kohlenstoff umgewandelt und in den Templatporen abgeschieden werden.…”

“…Templatgestu ¨tzte Synthesemethoden stellen eine interessante Mo ¨glichkeit dar, poro ¨se Kohlenstoffmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erhalten [3][4][5][6][7]. Hierbei wird Kohlenstoffprecursor in den Poren eines poro ¨sen Feststoffs (Templat) infiltriert und karbonisiert.…”

“…Ha ¨ufig verwendete Template sind z. B. Silicagel [3], Zeolithe [4] oder -in ju ¨ngerer Zeit -auch Porenbeton [5][6][7]. Die Kohlenstoffprecursoren ko ¨nnen als Lo ¨sungen [3,8] oder u ¨ber die Gasphase bei hohen Temperaturen in das Templatporensystem eingebracht werden [4,7].…”

“…B. Silicagel [3], Zeolithe [4] oder -in ju ¨ngerer Zeit -auch Porenbeton [5][6][7]. Die Kohlenstoffprecursoren ko ¨nnen als Lo ¨sungen [3,8] oder u ¨ber die Gasphase bei hohen Temperaturen in das Templatporensystem eingebracht werden [4,7]. Bei letzterem ist ein komplexes Zusammenspiel aus chemischen Reaktionen und Stofftransport in Form von Porendiffusion zu beachten.…”

“…Bei letzterem ist ein komplexes Zusammenspiel aus chemischen Reaktionen und Stofftransport in Form von Porendiffusion zu beachten. Fa ¨llt die Balance beider Prozesse zueinander ungu ¨nstig aus, kann die Kohlenstoffabscheidung im Templatko ¨rper durch Blockieren von Templatporen behindert werden [7].…”