Porous carbon materials are of interest in many applications because of their high surface area and physicochemical properties. Conventional syntheses can only produce randomly porous materials, with little control over the pore-size distributions, let alone mesostructures. Recent breakthroughs in the preparation of other porous materials have resulted in the development of methods for the preparation of mesoporous carbon materials with extremely high surface areas and ordered mesostructures, with potential applications as catalysts, separation media, and advanced electronic materials in many scientific disciplines. Current syntheses can be categorized as either hard-template or soft-template methods. Both are examined in this Review along with procedures for surface functionalization of the carbon materials obtained.

Filling the pores: A zinc-based metal–organic framework (MOF) can be transformed reversibly from an open (a) to a dense (b) configuration. The microporous solid is the first example of a MOF that is highly selective in the gas-chromatographic separation of alkanes.

Abstract Perovskite oxides are attractive candidates as catalysts for the electrolysis of water in alkaline energy storage and conversion systems. However, the rational design of active catalysts has been hampered by the lack of understanding of the mechanism of water electrolysis on perovskite surfaces. Key parameters that have been overlooked include the role of oxygen vacancies, B–O bond covalency, and redox activity of lattice oxygen species. Here we present a series of cobaltite perovskites where the covalency of the Co–O bond and the concentration of oxygen vacancies are controlled through Sr 2+ substitution into La 1− x Sr x CoO 3− δ . We attempt to rationalize the high activities of La 1− x Sr x CoO 3− δ through the electronic structure and participation of lattice oxygen in the mechanism of water electrolysis as revealed through ab initio modelling. Using this approach, we report a material, SrCoO 2.7 , with a high, room temperature-specific activity and mass activity towards alkaline water electrolysis.

We investigate the permeability and selectivity of graphene sheets with designed subnanometer pores using first principles density functional theory calculations. We find high selectivity on the order of 10(8) for H(2)/CH(4) with a high H(2) permeance for a nitrogen-functionalized pore. We find extremely high selectivity on the order of 10(23) for H(2)/CH(4) for an all-hydrogen passivated pore whose small width (at 2.5 A) presents a formidable barrier (1.6 eV) for CH(4) but easily surmountable for H(2) (0.22 eV). These results suggest that these pores are far superior to traditional polymer and silica membranes, where bulk solubility and diffusivity dominate the transport of gas molecules through the material. Recent experimental investigations, using either electron beams or bottom-up synthesis to create pores in graphene, suggest that it may be possible to employ such techniques to engineer variable-sized, graphene nanopores to tune selectivity and molecular diffusivity. Hence, we propose using porous graphene sheets as one-atom-thin, highly efficient, and highly selective membranes for gas separation. Such a pore could have widespread impact on numerous energy and technological applications; including carbon sequestration, fuel cells, and gas sensors.

We show that graphene chemical vapor deposition growth on copper foil using methane as a carbon source is strongly affected by hydrogen, which appears to serve a dual role: an activator of the surface bound carbon that is necessary for monolayer growth and an etching reagent that controls the size and morphology of the graphene domains. The resulting growth rate for a fixed methane partial pressure has a maximum at hydrogen partial pressures 200-400 times that of methane. The morphology and size of the graphene domains, as well as the number of layers, change with hydrogen pressure from irregularly shaped incomplete bilayers to well-defined perfect single layer hexagons. Raman spectra suggest the zigzag termination in the hexagons as more stable than the armchair edges.

Made to order: The synthesis of well-defined porous carbon films involves four steps: 1) monomer–block copolymer film casting, 2) structure refining through solvent annealing, 3) polymerization of the carbon precursor, and 4) carbonization. The resulting films, such as that depicted, have potential as separation membranes, chemical sensors, and catalysts. Supporting information for this article is available on the WWW under http://www.wiley-vch.de/contents/jc_2002/2004/z461051_s.pdf or from the author. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

A general method based on two-phase polymerization has been described to synthesize mesoporous carbons via self-assembly. Mild reacting conditions and wide composition ranges are the obvious advantages of this method over the techniques previously reported.

C shells: A facile and versatile synthesis using dopamine as a carbon source gives hollow carbon spheres and yolk–shell Au@Carbon nanocomposites (see pictures). The uniform nature of dopamine coatings and their high carbon yield endow the products with high structural integrity. The Au@C nanocomposites are catalytically active.