Tailoring the surface chemistry of zeolite templated carbon by electrochemical methods

Abstract

One option to optimize carbon materials for supercapacitor applications is the generation of surface functional groups that contribute to the pseudocapacitance without losing the designed physical properties. This requires suitable functionalization techniques able to selectively introduce a given amount of electroactive oxygen groups. In this work, the influence of the chemical and electrochemical oxidation methods, on the chemical and physical properties of a zeolite templated carbon (ZTC), as a model carbon material, have been studied and compared. Although both oxidation methods generally produce a loss of the original ZTC physical properties with increasing amount of oxidation, the electrochemical method shows much better controllability and, unlike chemical treatments, enables the generation of a large number of oxygen groups (O = 11000- 3300 μmol/g), with a higher proportion of active functionalities, while retaining a high surface area (ranging between 1900-3500 m2/g), a high microporosity and an ordered 3-D structure.

Una posibilidad para optimizar los materiales carbonosos para su aplicación en supercondensadores es la generación de grupos funcionales que contribuyan a la pseudocapacidad sin perder las propiedades físicas iniciales. Esto requiere de técnicas de funcionalización adecuadas, capaces de introducir selectivamente una determinada cantidad de grupos oxigenados electroactivos. En este trabajo, se han estudiado y comparado los efectos de los métodos de oxidación química y electroquímica en las propiedades químicas y físicas de un material carbonoso preparado mediante el uso de una zeolita Y como plantilla (en inglés, zeolite templated carbón (ZTC)). Aunque de forma general ambos métodos dañan las propiedades originales del ZTC, el método electroquímico muestra un mayor control que, a diferencia de los tratamientos químicos, permite la generación de una gran cantidad de grupos oxigenados (O = 11000- 3300 μmol/g), con una mayor proporción de grupos activos, manteniendo al mismo tiempo una elevada área superficial (entre 1900-3500 m2/g), una elevada microporosidad y una estructura 3-D ordenada.