Absorption–desorption of carbon dioxide in carbon honeycombs at elevated temperatures

Abstract

The recently synthesized honeycomb carbon allotrope has numerous potential applications, in particular for storage of gases inside carbon matrices. In this work this carbon form was experimentally studied in its denser form in order to estimate the upper temperature limit for keeping a gas inside the cellular structure. Along with the previously reported random honeycombs of a zigzag type we have also revealed the densest armchair structure. The mechanism of absorption–desorption of carbon dioxide studied by means of high energy electron diffraction at low temperatures showed the two — stage character of the observed desorption at elevated temperatures. This effect is associated to the weaker or stronger bonding of molecules with pore walls depending on the specific configuration of channels with different sizes. We have found that complete desorption of CO₂ does not occur even at the temperatures about three times higher as compared with the sublimation point of carbon dioxide in our vacuum conditions.

Нещодавно синтезований вуглецевий стільниковий алотроп має численні потенційні застосування, зокрема для зберігання газів всередині вуглецевих матриць. Таку вуглецеву форму було експериментально досліджено в її більш щільній формі, щоб оцінити верхню границю температури, при якій газ зберігається всередині пористої структури. Поряд з раніше запропонованими випадковими стільниками зиґзаґоподібного типу виявлено найбільш щільну структуру типу armchair. Механізм поглинання–десорбція діоксиду вуглецю, що досліджено за допомогою дифракції електронів високої енергії при низьких температурах, показав двохстадійний характер десорбції, який спостерігається при підвищенні температури. Цей ефект пов’язаний з більш слабким або більш сильним зв’язуванням молекул зі стінками пор в залежності від конкретної конфігурації каналів різного розміру. Виявлено, що повна десорбція СО₂ не відбувається навіть при температурах приблизно в три рази вищих у порівнянні з точкою сублімації вуглекислого газу в наших вакуумних умовах.

Недавно синтезированный углеродный сотовый аллотроп имеет множество потенциальных применений, в частности для хранения газов внутри углеродных матриц. Такая углеродная форма была экспериментально исследована в ее более плотной форме, чтобы оценить верхний предел температуры, при которой газ сохраняется внутри ячеистой структуры. Наряду с ранее предложенными случайными сотами зигзагообразного типа обнаружена самая плотная структура типа armchair. Механизм поглощение–десорбция диоксида углерода, изучаемый с помощью дифракции электронов высокой энергии при низких температурах, показал двухстадийный характер наблюдаемой десорбции при повышении температуры. Этот эффект связан с более слабым или более сильным связыванием молекул со стенками пор в зависимости от конкретной конфигурации каналов разного размера. Обнаружено, что полная десорбция СО₂ не происходит даже при температурах примерно в три раза более высоких по сравнению с точкой сублимации углекислого газа в наших вакуумных условиях.