Thermoelectric materials are crucial in renewable energy conversion technologies to solve the global energy crisis. They have been proven to be suitable for high-end technological applications such as missiles and spacecraft. The thermoelectric performance of devices depends primarily on the type of materials used and their properties such as their Seebeck coefficient, electrical conductivity, thermal conductivity, and thermal stability. Classic inorganic materials have become important due to their enhanced thermoelectric responses compared with organic materials. In this review, we focus on the physical and chemical properties of various thermoelectric materials. Newly emerging materials such as carbon nanomaterials, electronically conducting polymers, and their nanocomposites are also briefly discussed. Strategies for improving the thermoelectric performance of materials are proposed, along with an insight into semiconductor physics. Approaches such as nanostructuring, nanocomposites, and doping are found to enhance thermoelectric responses by simultaneously tuning various properties within a material. A recent trend in thermoelectric research shows that high-performance thermoelectric materials such as inorganic materials and carbon nanomaterials/electronically conducting polymer nanocomposites may be suitable for power generation and energy sustainability in the near future.

Heteroatom-doped graphene and its derived layered materials play a substantial role in several emerging science fields, demonstrating great potential for implementation in new devices and for improving the performance of existing technologies. A wide variety of strategies have been applied for the controlled synthesis and for achieving the intended doping/co-doping levels in the carbon network of graphene-based materials. Precise and reproducible doping is crucial for altering the Fermi energy level and to tune the band gap according to the desired device/application. Heteroatom-doped and co-doped graphene-based materials (n-type and p-type doping) have been synthesized for devices in energy-related applications using various chemical and physical routes. In this review article, we survey the most recent research works on the synthesis of heteroatom-doped graphene materials such as reduced graphene oxide, graphene oxide, graphene quantum dots and graphene nanoribbons. Applications of these materials in energy storage/conversion devices (supercapacitors, batteries, fuel cells, water splitting and solar cells) are also reviewed. Finally, the challenges and future perspectives for heteroatom-doped graphene materials are briefly discussed. We hope this article offers a useful starting point for researchers entering the field, providing an overview of synthesis approaches and energy applications.

The importance of graphene and its derivatives for “clean energy” applications became apparent over the last few years due to their exceptional characteristics, especially regarding electrical, thermal and chemical properties. In this review article we examine the recent progress and some of the challenges in the syntheses and modification of graphene-based materials, including energy storage applications as electrodes in Li-ion batteries (LIBs). Various synthesis routes have been used for obtaining graphene using different kinds of carbon sources (graphite, non-graphitic carbon and carbon-containing materials). The most popular processing methods include epitaxial growth, liquid phase chemical/electrochemical exfoliation, mechanical exfoliation, chemical vapor deposition and laser-assisted synthesis. Taking the reduction approach, chemical, thermal, microwave and laser reduction methods have been applied to prepare graphene from graphene oxide/graphite oxide. Recent research has shown that graphene derivatives and hybrids/ nanocomposites using metal oxides/mixed metal oxides and metal sulfides/mixed metal sulphides can have a profound impact on the performance of energy storage devices. Closing the text, we speculate on the future prospects for the application of graphene and its derivatives in energy storage devices. We expect that this review article will help in generating new insights for further development and practical applications of graphene-based materials.

Elastic chitosan–gelatin cryogels of varying concentration of polymer precursors have been synthesized using glutaraldehyde as a crosslinking agent. The optimum co-polymer ratio of chitosan to gelatin was found to be 1:4 at the temperature of −12 °C for synthesis of chitosan–gelatin hybrid cryogels. chitosan–gelatin cryogels synthesized with low viscosity chitosan were morphologically better than those formed with medium and high viscosity chitosan. Pore diameters of chitosan–gelatin cryogels as measured by scanning electron microscopy (SEM) was in the range of 30–100 μm. While mercury porosimetry analysis revealed the majority of pores of the scaffold lying in the range of 30–50 μm. Porosity of chitosan–gelatin cryogels was found to be greater than 90% using Archimedes’s principle. Unconfined compression tests showed significant elasticity of chitosan–gelatin cryogels and maintained their physical integrity even after compressing them up to 80% of their original length. The elastic modulus varied in the range of 36–39 kPa. Cyclic deformation analysis performed by compression of chitosan–gelatin cryogels with varying strains (10, 20 and 40%) showed no cracking or any significant deformation. The degradation of chitosan–gelatin cryogels was found up to 13.58 ± 1.52% at 37 °C within 8 weeks of incubation under sterile conditions and the cryogels swelled up to 90% of their capacity within two min. Efficient cell adherence, proliferation and extracellular matrix (ECM) secretion was observed by growing fibroblast (Cos-7) cell line on chitosan–gelatin hybrid cryogels which indicate potential of the material for tissue engineering applications.

Strong EM wave absorption and lightweight are the foremost important factors that drive the real-world applications of the modern microwave absorbers. This work mainly deals with the design of highly efficient microwave absorbers, where a hierarchical carbon nanotube (CNT) forest is first grown on the carbon fiber (CF) through the catalytic chemical vapor deposition method. The hierarchical carbon nanotube grown on the carbon fiber (CNTCF) is then embedded in the epoxy matrix to synthesize lightweight nanocomposites for their use as efficient microwave absorbers. The morphological study shows that carbon nanotubes (CNTs) self-assemble to form a trapping center on the carbon fiber. The electromagnetic characteristics of resultant nanocomposites are investigated exclusively in the X-band (8.2–12.4 GHz) using the network analyzer. The synthesized nanocomposites, containing 0.35 and 0.50 wt % CNTCFs, exhibit excellent microwave absorption properties, which could be attributed to the better impedance matching conditions and high dielectric losses. The reflection loss (RL) of −42.0 dB (99.99% absorption) with −10 dB (90% absorption) and −20 dB (99% absorption) bandwidths of 2.7 and 1.16 GHz, respectively, is achieved for 0.35 wt % CNTCF loading at 2.5 mm thickness. The composite with 0.50 wt % CNTCF loading illustrates substantial absorption efficiency with the RL reaching −24.5 dB (99.65% absorption) at 9.8 GHz and −10 dB bandwidth comprising 84.5% of the entire X band. The excellent microwave properties obtained here are primarily due to the electric dipole polarization, interfacial polarization, and unique trapping center. These trapping centers basically induce multiple reflections and scatterings, which attenuate more microwave energy. This investigation opens a new approach for the development of extremely lightweight, small-thickness, and highly efficient microwave absorbers for X-band applications.

Hazardous methylene blue dye and As(iii) ions from wastewater are removed by the rGO and TiO₂/Fe₃O₄based binary and ternary nanocomposites, where ternary rGO–Fe₃O₄–TiO₂nanocomposite provides maximum degradation and adsorption of the pollutants.

Doped material is an innovation in developing the lightweight microwave absorbing material. Herein, heteroatom-doped carbon is synthesized by pyrolysis of chicken feather fibers (CFFs) in the temperature range of 400–1400 °C. The synthesis method exhibits that poultry waste is more nature-friendly as no external hazardous dopants are used during pyrolysis, and it has a much lower cost. The morphology and structural characteristics have been studied via SEM, AFM, TEM, XRD, Raman, and XPS. The density of surface chemical states, defects, roughness, and structural property are found to vary significantly with pyrolysis temperature. The electromagnetic properties of CFF/epoxy composites have been studied in the frequency range of 8.2–12.4 GHz (X band). In addition, the correlations between pyrolysis temperature and absorption properties are established. High absorption properties at temperature ≥800 °C are attributed to the large fraction of heteroatoms, defects, surface roughness, and high porosity. In addition, the CFF pyrolyzed at 1400 °C is further activated with potassium hydroxide that results in numerous porous morphologies with large surfaces. This optimized porous CFF illustrates substantial absorption efficiency corresponding to the absorber thickness of 1.68 mm and RL of −44.6 dB (99.99% microwave absorption), which exhibits a broad −10 dB (90% absorption) bandwidth that shares 52.9% of the entire X band frequency width. The strong microwave absorption originates from defect polarization, electric/dipolar polarization, interfacial polarization, and 3D porous structure. The porous 3D architecture improves the impedance matching and can generate multiple reflections and scattering of electromagnetic waves, which attenuate microwave waves largely. This work suggests that the heteroatom-doped carbon derived from CFF is a potential candidate to design a lightweight and efficient microwave absorber.

Supercapacitors store energy due to the formation of an electric double layer (EDL) at the interface of the electrodes and electrolyte. The present article deals with the finite element study of equilibrium electric double layer capacitance (EDLC) in the mixed morphology electrodes comprising all three fundamental crystal structures, simple cubic (SC), body-centered cubic (BCC), and face-centered cubic morphologies (FCC). Mesoporous-activated carbon forms the electrode in the supercapacitor with (C