Abstract
The carbon composite materials have been a research hotspot in the fields of catalysis, energy conversion and so on, because of their features of large structure and morphology variety, good chemical and electrochemical stability, and high electronic conductivity, large specific surface area and rich active sites. This paper summarizes some research progress of carbon composite materials, including assembly methodologies, their structure regulation, properties, and related applications. Moreover, the current challenges and the prospects of these materials are also discussed.
Similar content being viewed by others
References
Li X. H., Kurasch S., Kaiser U., Antonietti M., Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 9689
Ye T. N., Feng W. J. Zhang B., Xu M., Lv L. B., Su J., Wei X., Wang K. X., Li X. H., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 13926
Li X. H., Antonietti M., Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 4572
Zhang J. J., Ge J. M., Wang H. H., Wei X., Li X. H., Chen J. S., ChemCatChem, 2016, 8, 3441
Ge J. M., Zhang B., Lv L. B., Wang H. H., Ye T. N., Wei X., Su J., Wang K. X., Li X. H., Chen J. S., Nano Energy, 2015, 15, 567
Li X. H., Wang X. C., Antonietti M., ACS Catal., 2012, 2, 2082
Li X. H., Zhang J. S, Chen X. F., Fischer A., Thomas A., Antonietti M., Wang X. C., Chem. Mater., 2011, 23, 4344
Ye T. N., Lv L. B., Li X. H., Xu M., Chen J. S., Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 6905
Wang L. B., Hu X. L., Chem. Asian J., 2018, 13, 1518
Li F., Zou Z., Small, 2018, 14, 1702961
Thotiy M. M. O., Freunberger S. A., Peng Z. Q., Bruce P. G., Cells, 2013, 135, 494
Deng X. Y., Li J. J., Ma L. Y., Sha J. W., Zhao N. Q., Mater. Chem. Front., 2019, 3, 2221
Liu Z. C., Yuan X. H., Zhang S. S., Wang J., Huang Q. H., Yu N. F., Zhu Y. S., Fu L. J., Wang F. X., Chen Y. H., Wu Y. P., NPG Asia Materials, 2019, 11, 12
Song Y., Liu T. Y., Qian F., Zhu C., Yao B., Duoss E., Spadaccini C., Worsley M., Li Y., J. Colloid Interface Sci., 2018, 509, 529
Feng H. P., Tang L., Zeng G. M., Tang J., Deng Y. C., Yan M., Liu Y. N., Zhou Y. Y., Ren X. Y., Chen S., J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 7310
Bai Y. L., Liu Y. S., Ma C., Wang K. X., Chen J. S., ACS Nano, 2018, 12, 11503
Raccichini R., Varzi A., Passerini S., Scrosati B., Nature Mater., 2015, 14, 271
Tian W. Q., Wu X. Y., Wang K. X., Jiang Y. M., Wang J. F., Chen J. S., RSC Adv., 2013, 3, 10823
Zhang H. J., Wu T. H., Wang K. X., Wu X. Y., Chen X. T., Jiang Y. M., Wei X., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 12038
Etacheri V., Wang C. W., O’Connell M. J., Chan C. K., Pol V. G., J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 9861
Wang K. X., Li Z. L., Wang Y. G., Liu H. M., Chen J. S., Holmes J., Zhou H. S., J. Mater. Chem., 2010, 20, 9748
Wang J. G., Liu H. Z., Zhang X. Y., Li X., Liu S. R., Kang F. Y., Small, 2018, 14, 1703950
Kim Y. A., Kojima M., Muramatsu H., Umemoto S., Watanabe T., Oshida K. Y., Sato K., Ikeda T., Hayashi T., Endo M., Terrones M., Dresselhaus M. S., Electrochem. Commun, 2006, 2, 667
Wang Q., Chen L. Q., Huang X. J., Electrochem Solid St., 2002, 5, A188
Wang K. X., Li Y., Wu X. Y., Chen J. S., J. Power Sources, 2012, 203, 140
Gao K. Z., Niu Q. Y., Tang Q. H., Guo Y. Q., Wang L. Z., J. Electron. Mater., 2018, 47, 337
Lei Z. B., Zhang J. T., Zhang L. L., Kumar N. A., Zhao X. S., Energ Environ. Sci., 2016, 9, 1891
Fu W., Du F. H., Su J., Li X. H., Wei X., Ye T. N., Wang K. X., Chen J. S., Sci. Rep., 2014, 4, 4673
Du F. H., Liu Y. S., Long J., Zhu Q. C., Wang K. X., Wei X., Chen J. S., Chem. Commun., 2014, 50, 9961
Du F. H., Wang K. X., Fu W., Gao P. F., Wang J. F., Yang J., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 13648
Wu Z. S., Ren W. C., Xu L., Li F., Cheng H. M., ACS Nano, 2011, 5, 5463
Wang G. X., Shen X. P., Yao J., Park J., Carbon, 2009, 47, 2049
Yoo E., Kim J., Hosono E., Zhou, H. S., Kudo T., Honma I., Nano Lett., 2008, 8, 2277
Zhang L. W., Liu J. Y., Bai L., Wang N., Chem. Res. Chinese Universities, 2021, 37(6), 1289
Sun Q. H., Lu T. T., He J. J., Huang C. S., Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2), 366
Gao J., Sun Q. H., Huang C. S., Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5), 1501
Shang H., Zou Z. C., Li L., Wang F., Liu H. B., Li Y. J., Li Y. L., Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 774
Huang C. S., Zhang S. L., Liu H. B., Li Y. J., Cui G. T., Li Y. L., Nano Energy, 2015, 11, 481
Jang B., Koo J., Park M., Lee H., Nam J., Kwon Y., Lee, H., Appl. Phys. Lett., 2013, 103, 263904
Zhang F., Wang K. X., Li G. D., Chen J. S., Electrochem. Commun., 2009, 11, 130
Li Z. L., Jaroniec M., Papakonstantinou P., Tobin J. M., Vohrer U., Kumar S., Attard G., Holmes J. D., Chem. Mater., 2007, 19, 3349
Wang Q., Li H., Chen L. Q., Huang X. J., Solid State Ionics, 2002, 152, 43
Li W. H., Li M. S., Wang M., Zeng L. C., Yu Y., Nano Energy, 2015, 13, 693
Yang Z. J., Wu X. Y., Ma C., Hou C. C., Xu S. M., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., Chem. Res. Chinese Universities, 2020, 36(1), 91
Hu Y. Y., Bai Y. L., Wu X. Y., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., J. Alloys Compd., 2019, 797, 1126
Li M., Ma C., Zhu Q. C., Xu S. M., Wei X., Mu Y. M., Tang W. P., Wang K. X., Chen J. S., Dalton Trans., 2017, 46, 5025
Wang Z. K., Shu J., Zhu Q. C., Cao B. Y., Chen H., Wu X. Y., Bartlett B. M., Wang K. X., Chen J. S., J. Power Sources, 2016, 307, 426
Fu W., Du F. H., Wang K. X., Ye T. N., Wei X., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 6960
Chen X. T., Wang K. X., Zhai Y. B., Zhang H. J., Wu X. Y., Wei X., Chen J. S., Dalton Trans., 2014, 43, 3137
Wang Y. G., Wang Y. R., Hosono E. J., Wang K. X., Zhou H. S., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 7461
Han L. N., Wei X., Zhu Q. C., Xu S. M., Wang K. X., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 16698
Wu J., Wu X. Y., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(7), 1540
Zhai Y. P., Dou Y. Q., Zhao D. Y., Fulvio P. F., Mayes R. T., Dai S., Adv. Mater., 2011, 23, 4828
Wang K. X., Wang Y. G., Wang Y. R., Hosono E., Zhou H. S., J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 1093
Wang K. X., Birjukovs P., Erts D., Phelan R., Morris M. A., Zhou H. S., Holmes J. D., J. Mater. Chem., 2009, 19, 1331
Wang D. W., Li F., Liu M., Lu G. Q., Cheng H. M., Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 373
Xu F., Tang Z. W., Huang S. Q., Chen L. Y., Liang Y. R., Mai W. C., Hong H., Fu R. W., Wu D. C., Nature Commun., 2015, 6, 7221
Hao Q. Q., Zhang Z., Mao Y., Wang K. X., ChemNanoMat, 2022, 8, e20210038
Wang K. X., Zhu Q. C., Chen J. S., Small, 2018, 14, 1800078
Girishkumar G., McCloskey B., Luntz A. C., Swanson S., Wilcke W., J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1, 2193
Shao Y. Y., Ding F., Xiao J., Zhang J., Xu W., Park S., Zhang J. G., Wang Y., Liu J., Adv. Funct. Mater., 2013, 23, 987
Peng Z. Q., Freunberger S. A., Chen Y. H., Bruce P. G., Science, 2012, 337, 563
Jung H. G., Hassoun J., Park, J. B., Sun Y. K., Scrosati B., Nature Chem., 2012, 4, 579
Xiao J., Mei D. H., Li X. L., Xu W., Wang D. Y., Graff G. L., Bennett W. D., Nie Z., Saraf L. V., Aksay I. A., Liu J., Zhang J. G., Nano Lett., 2011, 11, 5071
Mitchell R. R., Gallant B. M., Thompson C.V., Shao-Horn Y., Energy Environ. Sci., 2011, 4, 2952
Xu S. M., Zhu Q. C., Du F. H., Li X. H., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., Dalton Trans., 2015, 44, 8678
Liu T., Leskes M., Yu W. J., Moore A. J., Zhou L, Bayley P. M., Kim G., Grey C. P., Science, 2015, 350, 530
Grande L., Paillard E., Hassoun J., Park J. B., Lee Y. J., Sun Y. K., Passerini S., Scrosati B., Adv. Mater., 2015, 27, 784
Li Y. L., Wang J. J., Li X. F., Geng D. S., Li R. Y., Sun X. L., Chem. Commun., 2011, 47, 9438
Yoo E., Zhou H. S., ACS Nano, 2011, 5, 3020
Sun B., Huang X. D., Chen S. Q., Munroe P., Wang G. X., Nano Lett., 2014, 14, 3145
Sun B., Liu H., Munroe P., Ahn H., Wang G. X., Nano Res., 2012, 5, 460
Park J., Jeong J., Lee S., Jo C., Lee J., ChemSusChem, 2015, 8, 3146
Zhu Q. C., Xu S. M., Cai Z. P., Harris M. M., Wang K. X., Chen J. S., Energy Storage Mater., 2017, 7, 209
Zhu Q. C., Xu S. M., Harris M. M., Ma C., Liu Y. S., Wei X., Xu H. S., Zhou Y. X., Cao Y. C., Wang K. X., Chen J. S., Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 8514
Zhu Q. C., Du F. H., Xu S. M., Wang Z. K., Wang K. X., Chen J. S., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 3868
Xu S. M., Liang X., Wu X. Y., Zhao S. L., Chen J., Wang K. X., Chen J. S., Nat. Commun., 2019, 10, 5810
Xu S. M., Liang X., Liu X., Bai W. L., Liu Y. S., Cai Z. P., Zhang Q., Zhao C., Wang K. X., Chen J. S., Energy Storage Mater., 2020, 25, 52
Liu Q. C., Xu J. J., Xu D., Zhang X. B., Nature Commun., 2015, 6, 7892
Lim H. D., Yun Y. S., Cho S. Y., Park K. Y., Song M. Y., Jin H. J., Kang K., Carbon, 2017, 114, 311
Lim H. D., Song H., Kim J., Gwon H., Bae Y., Park K. Y., Hong J., Kim H., Kim T., Kim Y. H., Lepro X., Ovalle-Robles R., Baughman R. H., Kang K., Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 3926
Xu S. M., Liang X., Ren Z. C., Wang K. X., Chen J. S., Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 6825
Verónica P., Montse C. C., Elizabeth C. M., Man H. H., Teófilo R., Energy Environ. Sci., 2013, 6, 2312
Xu S. M., Ding Y. C., Liu X., Zhang Q., Wang K. X., Chen J. S., Adv. Energy Mater., 2018, 1802175
Luo W., Shen F., Bommier C., Zhu H., Ji X., Hu L., Acc. Chem. Res., 2016, 49, 231
Pramudita J. C., Sehrawat D., Goonetilleke D., Sharma N., Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1602911
Bai Y. L., Xarapatgvl R., Wu X. Y., Liu X., Liu Y. S., Wang K. X., Chen J. S., Nanoscale, 2019, 11, 17860
Wu Z.,Y., Ma C., Bai Y. L., Liu, Y. S., Wang S. F., Wei X., Wang, K. X., Chen J. S., Dalton Trans., 2018, 47, 4885
Share K., Cohn A. P., Carter R., Rogers B., Pint C. L., ACS Nano, 2016, 10, 9738
Jian Z. L., Hwang S., Li Z. F., Hernandez A. S., Wang X. F., Xing Z. Y., Su D., Ji X. L., Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1700324
Choi N. S., Chen Z., Freunberger S. A., Ji X., Sun Y. K., Amine K., Yushin G., Nazar L. F., Cho J., Bruce P. G., Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 9994
Wang D. W., Zeng Q. C., Zhou G. M., Yin L. C., Li F., Cheng H. M., Gentle I. R., Lu G. Q. M., J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 9382
Zhao M. Q., Liu X. F., Zhang Q., Tian G. L., Huang J. Q., Zhu W. C., Wei F., ACS Nano, 2012, 6, 10759
Li Z., Jiang Y., Yuan L. X., Yi Z. Q., Wu C., Liu Y., Strasser P., Huang Y. H., ACS Nano, 2014, 8, 9295
Liu Y. S., Liu, X., Xu S. M., Bai Y. L., Ma C., Bai W. L., Wu X.,Y., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 24524
Liu Y. S., Bai Y. L., Liu X., Ma C., Wu X. Y., Wei X., Wang Z., Wang K. X., Chen J. S., Chem. Eng. J., 2019, 378, 122208
Liu Y. S., Ma C., Bai Y. L., Wu X. Y., Zhu Q. C., Liu X., Liang X. H., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 17473
Li X. H., Wang X. C., Antoniettia M., Chem. Sci., 2012, 3, 2170
Li X. H., Baar M., Blechert S., Antonietti M., Sci. Rep., 2013, 3, 1743
Li X. H., Chen J. S., Wang X. C., Sun J. H., Antonietti M., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 8074
Zhang B., Zhao S. Y., Wang H. H., Zhao T. J., Liu Y. X., Lv L. B., Wei X., Li X. H., Chen J. S., Chem. Commun., 2017, 53, 10544
Zhang B., Zhao T. J., Feng W. J., Liu Y. X., Wang H. H., Su H., Lv L. B., Li X. H., Chen J. S., Nano Res., 2018, 11, 2450
Su H., Zhang K. X., Zhang B., Wang H. H., Yu Q. Y., Li X. H., Antonietti M., Chen J. S., J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 811
Xue Z. H., Su H., Yu Q. Y., Zhang B., Wang H. H., Li X. H., Chen J. S., Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1602355
Cai Y. Y., Li X. H., Zhang Y. N., Wei X., Wang K. X., Chen J. S., Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 11822
Li X. H., Cai Y. Y., Gong L. H., Fu W., Wang K. X., Bao H. L., Wei X., Chen J. S., Chem. Eur. J., 2014, 20, 16732
Gong L. H., Cai Y. Y., Li X. H., Zhang Y. N., Su J., Chen J. S., Green Chem., 2014, 16, 3746
Zhang J. J., Su H., Wang H. H., Xue Z. H., Zhang B., Wei X., Li X. H., Hirano S., Chen J. S., Nano Energy, 2017, 39, 321
Zhang J. J., Wang H. H., Zhao T. J., Zhang K. X., Wei X., Jiang Z. D., Hirano S., Li X. H., Chen J. S., ChemSusChem, 2017, 10, 2875
Su H., Wang H. H., Zhang B., Wang K. X., Li X. H., Chen J. S., Nano Energy, 2016, 16, 79
Ye T. N., Lv L. B., Xu M., Zhang B., Wang K. X., Su J., Li X. H., Chen J. S., Nano Energy, 2015, 15, 335
Lv L. B., Cui T. L., Zhang B., Wang H. H., Li X. H., Chen J. S., Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 15165
Li X. H., Chen J. S., Wang X. C., Schuster M. E., Schlögl R., Antonietti M., ChemSusChem, 2012, 5, 642
Ye T. N., Xu M., Fu W., Cai Y. Y., Wei X., Wang K. X., Zhao Y. N., Li X. H., Chen J. S., Chem. Commun., 2014, 50, 3021
Cui T. L., Li X. H., Lv L. B., Wang K. X., Su J., Chen J. S., Chem. Commun., 2015, 51, 12563
Cui T. L., Ke W. Y., Zhang W. B., Wang H. H., Li X. H., Chen J. S., Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 9178
Ke W. Y., Cui T. L., Yu Q. Y., Wang M. Y., Lv L. B., Wang H. H., Jiang Z. D., Li X. H., Chen J. S., Nano Res., 2018, 11, 874
Li X. H., Zhang D. H., Chen J. S., J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 8382
Guo L. T., Cai Y. Y., Ge J. M., Zhang Y. N., Gong L. H., Li X. H., Wang K. X., Ren Q. Z., Chen J. S., ACS Catal., 2015, 5, 388
Fujishima A., Honda K., Nature, 1972, 238, 37
Miyasaka T., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 6050
Kong J., Shin Y., Rohr J. A., Wang H., Meng J., Wu Y., Katzenberg A., Kim G., Kim D. Y., Li T. D., Chau E., Antonio F., Siboonruang T., Kwon S., Lee K., Kim, J. R., Modestino M. A., Wang H., Taylor A. D., Nature, 2021, 594, 51
Yoo J. J., Seo G., Chua M. R., Park T. G., Lu Y., Rotermund F., Kim Y. K., Moon C. S., Jeon N. J., Correa-Baena J. P., Bulovic V., Shin S. S., Bawendi M. G., Seo J., Nature, 2021, 590, 587
Xia C. K., Wang H., Kim J. K., Wang J. Y., Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2008247
Kronik L., Shapira Y., Surf. Interface Anal., 2001, 31, 954
Wei X., Han L. N., Mao C. Y., Wang D. J., Li X. H., Feng P. Y., Chen J. S., Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 5202
Zai J. T., Wei X., Sun M. H., Tian H., Liu X. J., Qi R. R., Qian X. F., J. Photochem. Photobiol. A, 2021, 415, 113320
Zhang K. X., Su H., Wang, H. H., Zhang J. J., Zhao S. Y., Lei W., Wei X., Li X. H., Chen J. S., Adv. Sci., 2018, 5, 1800062
Wei X., Xie T. F., Peng L. L., Fu W., Chen J. S., Gao Q., Hong G. Y., Wang D. J., J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 8637
Yu Q. Y., Lin X., Li X. H., Chen J. S., Chem. Res. Chinese Universities, 2020, 36(6), 1013
Acknowledgements
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos.21931005, 21720102002, 21871177, 22071146) and the Project of the Shanghai Science and Technology Committee, China(No.19JC1412600).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Conflicts of Interest
The authors declare no conflicts of interest.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Wei, X., Li, X., Wang, K. et al. Design of Functional Carbon Composite Materials for Energy Conversion and Storage. Chem. Res. Chin. Univ. 38, 677–687 (2022). https://doi.org/10.1007/s40242-022-2030-0
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s40242-022-2030-0