Recent progress in the synthesis and applications of zeolitic imidazolate framework materials is presented in this review.

We report the synthesis of zeolite-like carbon materials that exhibit well-resolved powder XRD patterns and very high surface area. The zeolite-like carbons are prepared via chemical vapor deposition (CVD) at 800 or 850 °C using zeolite β as solid template and acetonitrile as carbon precursor. The zeolite-like structural ordering of the carbon materials is indicated by powder XRD patterns with at least two well-resolved diffraction peaks and TEM images that reveal well-ordered micropore channels. The carbons possess surface area of up to 3200 m2/g and pore volume of up to 2.41 cm3/g. A significant proportion of the porosity in the carbons (up to 76% and 56% for surface area and pore volume, respectively) is from micropores. Both TEM and nitrogen sorption data indicate that porosity is dominated by pores of size 0.6−0.8 nm. The carbon materials exhibit enhanced (and reversible) hydrogen storage capacity, with measured uptake of up to 6.9 wt % and estimated maximum of 8.33 wt % at −196 °C and 20 bar. At 1 bar, hydrogen uptake capacity as high as 2.6 wt % is achieved. Isosteric heat of adsorption of 8.2 kJ/mol indicates a favorable interaction between hydrogen and the surface of the carbons. The hydrogen uptake capacity observed for the zeolite-like carbon materials is among the highest ever reported for carbon (activated carbon, mesoporous carbon, CNTs) or any other (MOFs, zeolites) porous material.

The development of highly efficient hydrogen storage materials is one of the main challenges that must be tackled in a widely expected hydrogen economy. Physisorption in porous materials with high surface areas and chemisorption in hydrides are the two main options for solid state hydrogen storage, and both options possess their inherent advantages and drawbacks. In this work, recent progress towards porous carbon-based materials for hydrogen storage is analyzed and reviewed. The hydrogen storage performance of plain porous carbons, metal-supported porous carbons and porous carbons confined hydrides is summarized. Some strategies for effectively controlling the hydrogen storage capacity and tuning the hydrogen adsorption enthalpy for porous carbon materials via appropriate manipulation of surface area, pore volume and pore size are discussed in detail. The new development of porous carbon-based materials for hydrogen storage is particularly emphasized.

Ordered mesoporous carbon and nitrogen-doped (CNx) materials with graphitic pore walls have been prepared via chemical vapor deposition (CVD) using mesoporous silica (SBA-15) as a solid template and styrene or acetonitrile as carbon source. CVD temperatures above 850 °C were found to be most suitable for the fabrication of structurally well-ordered mesoporous carbon materials with varying degrees of graphitic character for CNx materials (see Figure).

Abstract Zeolite‐templated, high‐surface‐area, microporous, N‐doped carbons exhibit the highest CO 2 uptake capacity recorded to date for any carbon material and one of the highest for any inorganic or organic porous material of up to 6.9 mmol g −1 at 273 K and ambient pressure and 4.4 mmol g −1 at ambient temperature and pressure, along with an initial CO 2 adsorption energy of 36 kJ mol −1 at lower coverage and 20 kJ mol −1 at higher CO 2 coverage. Combined with their ease of preparation, excellent recyclability and regeneration stability, and high selectivity for CO 2 , the N‐doped zeolite‐templated carbons are amongst the most promising solid‐state absorbents reported so far for CO 2 capture and storage.

Benefitting from the combined properties of intrinsic ceramic materials and advanced porous configuration, lightweight porous ceramics with porosity ranging from 2.3 to 99% and pore size distribution within 3 nm - 3 mm exhibit low density, large specific surface area, high toughness, strong thermal shock resistance, good thermal insulation capability, excellent high temperature stability, and low dielectric constant, which are barely offered by metal, polymer or even their dense counterpart. This unique set of features endow porous ceramics an indispensable role in the future development of sustainable energy and environmental applications. To be successfully applied in these applications, precise selection of the type of ceramics and creation of their detailed structural features of the pores are the most important stages that require intensive investigations and comprehensive understanding. For a given ceramic, the synthesis process is critical for achieving the desired pore configuration and geometry which eventually determines the final properties of the products, including both the usual mechanical properties and other advanced functionalities. In this review, we will first focus on the fabrication processes that determine the pore structures and geometries. Four mainstream fabrication methods: partial sintering, replica template, sacrificial template, and direct foaming will be discussed, in addition to the additive manufacturing technique which has emerged as a promising process for the direct fabrication of porous ceramics components. Each approach demonstrates its unique suitability for a specific range of materials, porosity, pore size, pore connectivity, and pore distribution. The principles and challenges of each synthesis strategies will be summarised and discussed, the progress that can be made to meet the requirement of advanced applications has been clarified. We then focus on the properties derived from different pore features. The superior damage tolerance and thermal insulation capability of porous ceramics, as compared with their dense counterpart, are presented. Thirdly, the great potentials of these interesting porous ceramics for the energy- and environmental-based applications, including filters, catalyst support, energy storage and conversion components, energy harvesting devices, and insulators are highlighted, in association with the criteria and demands for manufacturing processes. It is envisaged that this review will provide a guidance in the manufacture of advanced porous ceramics with desired pore structures and properties tailored for specific applications. Finally, we will demonstrate how these porous ceramics could contribute to the development of current and future energy and environment technologies.

Core–shell cobalt sulphide/N,S-codoped porous carbon nanocomposites exhibit excellent electrocatalytic activities in both ORR and OER with superior durability.

A porous CeO 2 catalyst produced via a simple and low temperature approach achieves a high dimethyl carbonate formation rate of 14.8 mmol g −1 h −1 at 5.0 MPa and 140 °C due to the superimposition of a number of properties of the catalyst.

Abstract Photocatalysis is an environmentally friendly technology for the utilizations of solar energy and has garnered significant attention in both scientific and industrial sectors. Developing cost‐effective semiconductive materials is the core issue in photocatalysis. Bismuth‐based metal‐organic frameworks (Bi‐MOFs) have emerged as attractive candidates in various photocatalytic applications, and Bi‐MOFs derivatives further expand and consolidate their promising potential in the realm of photocatalysis. Various modification strategies including in‐situ tailoring or external doping, as well as meticulous design and selection of metal nodes and organic linkers allow for fine control over the surface multifunctionality in Bi‐MOF‐based and derived photocatalytic composites with adjustable energy band structures and enhanced photocatalytic performance. In this review, the recent progress in the synthesis of diverse Bi‐MOFs‐based materials, Bi‐MOFs derivatives, and their Bi‐containing semiconductive composites were systemically analyzed and reviewed. The state‐of‐the‐art research progresses in the applications of Bi‐MOFs and derivatives, as well as composites in photocatalytic water splitting for hydrogen production, photodegradation of organic pollutants, and photocatalytic carbon dioxide reduction are comprehensively summarized. The relationships between structures, properties, and photocatalytic performance of Bi‐based semiconductive composites are discussed in detail. In addition, the perspectives and future challenges on Bi‐MOFs‐based and derived materials for photocatalytic applications are also offered.