HETEROATOM KATKILI GRAFEN İÇEREN NANOKOMPOZİTLERİN ENERJİ DEPOLAMA PERFORMANSLARININ İNCELENMESİ
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HASAN ALTINIŞIK
Danışman: Nuray Yıldız
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışmasında, süperkapasitör uygulamasına yönelik, yüksek kapasitansa ve enerji-güç yoğunluğu ile uzun döngü ömrüne sahip heteroatom katkılı grafen temelli nanokompozitlerin sentezi amaçlanmıştır. Grafen oksitin, hidrotermal koşullarda indirgenmesi ve bir azot kaynağı yardımıyla katkılanması sonucunda azot katkılı indirgenmiş grafen oksit (NrGO) elde edilmiştir. Çalışma kapsamında ayrıca, NrGO yüzeyinde metal nanotanecik (Au), metal oksit nanotanecik (MnO2) ve iletken polimer (PANI) yapılarının sentezi ile birlikte, hem elektriksel çift tabaka kapasitansı hem de psödokapasitans mekanizması ile enerji depolama özeliklerine sahip, yüksek iletkenlik ve mekanik dayanım gösteren hibrit nanomalzemeler sentezlenmiştir. Hazırlanan nanokompozitler Fourier-dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi (FTIR), UVgörünür bölge spektrofotometre analizi, X-ışınları kırınımı (XRD), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), elementel analiz, Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDX analizi ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) analizleri ile karakterize edilmiştir. Nanokompozitlerin sentez parametreleri ve kompozit bileşiminin elektrokimyasal performanslarına etkileri incelenmiştir. Elektrokimyasal özelikler ikili elektrot konfigürasyonunda dönüşümlü voltammetri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GŞD) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) analizleri ile belirlenmiştir. Hidrotermal koşullarda ve üre varlığında sentezlenen NrGO yapısı yüzeyinde, DBSA ve H2SO4 sulu çözeltisinde anilin monomerinin yerinde polimerizasyonu ile MnO2 tuzları çöktürülerek hazırlanmış olan NrGO-MnO2-PANI nanokompoziti, 1 A g-1 akım yoğunluğu değerinde, NrGO (164.5 F g-1), PANI (282.11 F g-1), NrGO-PANI (346.3 F g-1), MnO2 (41.03 F g-1), NrGO-MnO2 (73.1 F g-1), Au-MnO2-PANI (155 F g-1) ve NrGO-Au-PANI (263.4 F g-1) gibi nanokompozitlerden daha üstün elektrokimyasal performans göstererek 400.5 F g-1 kapasitans göstermiş ve tekrarlı şarj-deşarj döngüsünün ardından kapasitansının % 86.1'ini koruyarak yüksek kapasitans ve uzun döngü ömrü göstermiştir. Bu nedenle, NrGO-MnO2-PANI nanokompoziti başta olmak üzere, tez çalışması kapsamında sentezlenen nanokompozitler süperkapasitör uygulamaları için önemli potansiyele sahiptir. Elde edilen bulgular bileşenlerin birbirleri ile oluşturdukları kompozitlerin, sahip oldukları dezavantajları önemli ölçüde gidermenin yanında, birbirleri arasındaki sinerjik etkiler yoluyla kompozitin elektrokimyasal performansını kayda değer şekilde geliştirdiğini göstermektedir.