Hierarchy in materials for maximized efficiency

Abstract

This perspective article gives the future research direction on the application of the generalized Murray's law for the design of porous hierarchy in materials and the establishment of a general materials design theory ‘Law of hierarchy’ taking four types of hierarchy into account.

Revisão teórica da interconectividade de materiais porosos hierárquicos - caracterização por adsorção física

“…Os sistemas porosos bimodais ou multimodais podem ser especificados como 'hierárquicos' apenas se o sistema geral de poros mostrar uma classificação bem definida, uma estrutura porosa interconectada e apresentar uma boa regularidade de estrutura de poros em cada nível. Seus elementos estruturais devem ter uma função distinta, mas complementar (Chen et al, 2020;Lakes, 1993). Dependendo do padrão de interconectividade entre os diferentes tamanhos de sistemas de poros (níveis de poros), podem ser classificados em: i) Hierarquia tipo I: sistema de poros, em que cada nível (maior) se subdivide em várias espécies de um próximo nível (menor); ii) Hierarquia tipo II: sistemas de poros interconectados de diferentes tamanhos de poros, onde os poros maiores se ramificam em poros menores (Schwieger et al, 2016).…”

“…O uso de templates (micelas duplas ou surfactantes de características diferentes, tais como tamanho, forma e composição química) é uma estratégia direta para sintetizar materiais hierárquicos com várias morfologias, sob condições relativamente suaves. Geralmente, esse método tem sido empregado para sintetizar estruturas com duas escalas de dimensões de poros (Chen et al, 2020).…”

“…Para criar um material hierarquicamente poroso, os métodos de preparação mencionados acima devem ser adaptados ou combinados. Assim, as etapas de preparação póssíntese devem ser aplicadas ou os materiais pré-fabricados com diferentes sistemas de poros devem ser combinados de maneira adequada (Chen et al, 2020;.…”

Vacancy defect engineering in semiconductors for solar light‐driven environmental remediation and sustainable energy production

“…Since the pioneering study regarding solar light-driven H 2 O splitting by Fujishima and coworkers in 1972, [1] the transformation of light into chemical energy has generated considerable research interest in the pollutant treatment and sustainable energy production fields. [2][3][4][5] Photocatalysis has been regarded as an efficient technology for the storage of light energy in chemical bonds via various photoinduced reactions, including water splitting, pollutants decomposition, CO 2 conversion, H 2 O 2 production, valued organics synthesis, and so on. [6][7][8][9][10] Generally, four main processes are involved in these photocatalytic reactions.…”

Embedding tin disulfide nanoparticles in two-dimensional porous carbon nanosheet interlayers for fast-charging lithium-sulfur batteries

“…The interconnected pores in HPCs reduce the shuttle effect through physical confinement and produce fast channels for ion transport. Additionally, the internal spaces provided by the porous structure provide buffer sites for volume expansion and facilitate the transmission of ions and permeation of the electrolyte [26][27][28]. Accordingly, introducing a porous structure in 2D carbon materials to form a layered interconnected porous structure can provide a fast path for the migration of electrons, ions, and electrolytes and effectively confine polysulfide shuttling during the charge and discharge cycling process.…”