Geri Dön

Süperkritik akışkan desteli sentez ve mıld sentezi yöntemikullanılarak ti-mxene sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitöruygulamalarının incelenmesi

Synthesis, characterization, and investigation of supercapacitorperformances of titanium-based mxene via mild and supercriticalfluid-assisted methods

PDF İndir

  1. Tez No: 1001617
  2. Yazar: FURKAN BEBEK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜSLÜM DEMİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Enerji, Kimya Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Energy, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal analiz, Katmanlı malzeme tanımlanması, Sentez, Süperkritik akışkanlar, Süperkritik karbon dioksit, Electrochemical analysis, Layered material characterization, Synthesis, Supercritical fluids, Supercritical carbon dioxide
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Batarya Sistemleri ve Hidrojen Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez çalışmasında, Ti-MXene malzemelerinin sentezi için iki farklı yöntem olan MILD yöntemi ve süperkritik akışkan destekli sentez yöntemi kullanılmış, elde edilen malzemelerin yapısal ve elektrokimyasal özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. MXene'ler, sahip oldukları yüksek elektriksel iletkenlik, geniş yüzey alanı, mekanik dayanıklılık, hidrofilik yüzey özellikleri ve yüzey fonksiyonel gruplarının çeşitliliği sayesinde özellikle enerji depolama cihazları arasında öne çıkan iki boyutlu malzeme sınıfını oluşturmaktadır. Günümüzde MXene'lerin en önemli uygulama alanlarından biri süperkapasitörler olup, bu çalışmada sentezlenen Ti-MXene yapılarının bu bağlamdaki potansiyelleri araştırılmıştır. MILD yöntemi ile sentezlenen numunelerde LiF ve HCl kullanılarak in-situ HF oluşturulmuş, Ti₃AlC₂ MAX fazından Al tabakası selektif olarak uzaklaştırılmış ve Ti₃C₂Tₓ yapılı MXene elde edilmiştir. Süperkritik akışkan yönteminde ise CO₂ ortamında yüksek basınç ve sıcaklık koşulları kullanılarak daha çevreci, güvenli ve ölçeklenebilir bir sentez yaklaşımı uygulanmıştır. Bu yöntem, geleneksel kimyasal ii aşındırma yöntemlerine göre hem daha hızlı hem de daha güvenli bir süreç sağlamış, aynı zamanda malzemenin saflığını ve tabakalı yapısını korumuştur. Elde edilen malzemelerin morfolojik ve yapısal özellikleri SEM, XRD ve XPS analizleri ile karakterize edilmiştir. Analizler sonucunda, her iki yöntemde de MXene yapılarının başarıyla sentezlendiği görülmüş; ancak süperkritik akışkan yöntemiyle üretilen numunelerin daha homojen, düzenli ve yüksek yüzey alanına sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca BET yüzey alanı ölçümleri, süperkritik yöntemle elde edilen MXene'lerin elektrokimyasal performans için daha elverişli özellikler sunduğunu göstermiştir. Elektrokimyasal performans değerlendirmeleri için döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) teknikleri kullanılmıştır. Yapılan ölçümlerde, süperkritik akışkan yöntemi ile sentezlenen MXene elektrotlarının, MILD yöntemiyle üretilenlere kıyasla daha yüksek özgül kapasitans değerleri sunduğu, düşük iç direnç gösterdiği ve daha uzun döngüsel stabilite sergilediği tespit edilmiştir. Bu bulgular, süperkritik yöntemin MXene tabanlı süperkapasitör uygulamalarında önemli bir avantaj sunduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, enerji depolama alanında özellikle süperkapasitörler için yüksek performanslı elektrot malzemelerinin geliştirilmesine yönelik önemli katkılar sunmaktadır. Elde edilen veriler, süperkritik akışkan yönteminin yalnızca çevre dostu ve güvenli bir alternatif olmakla kalmayıp, aynı zamanda MXene malzemelerinin yapısal ve elektrokimyasal özelliklerini de iyileştiren yenilikçi bir sentez yaklaşımı olduğunu göstermektedir. Bu bağlamda, gelecekte bu yöntemin endüstriyel ölçekte uygulanabilirliği ve farklı MXene türlerinin üretiminde kullanılabilirliği üzerine yapılacak çalışmaların enerji teknolojileri için önemli açılımlar sağlayacağı değerlendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

In this thesis, Ti-MXene materials were synthesized using two different approaches, namely the MILD method and the supercritical fluid-assisted synthesis method, and their structural as well as electrochemical properties were comprehensively investigated. MXenes, as a newly emerging class of two-dimensional materials, have attracted considerable attention due to their unique features such as high electrical conductivity, large surface area, mechanical strength, hydrophilic surface characteristics, and tunable surface functionalities. Among their various potential applications, MXenes have shown outstanding promise in supercapacitor systems, which constitute the main focus of this study. In the MILD method, Ti₃AlC₂ MAX phase was selectively etched by in-situ generated HF through the reaction of LiF and HCl, yielding Ti₃C₂Tₓ MXene nanosheets. In the supercritical fluid-assisted approach, CO₂ under high pressure and temperature conditions was employed as a green, safe, and scalable medium for the synthesis. Unlike conventional chemical etching with hazardous HF, the supercritical CO₂ iv method provided a faster and safer process while ensuring the purity and layered morphology of the resulting MXene structures. The synthesized materials were characterized by SEM, XRD, and XPS analyses, which confirmed the successful synthesis of Ti-MXene structures in both methods. However, MXenes produced via the supercritical fluid route exhibited more homogeneous morphologies, improved structural regularity, and higher surface areas, as also supported by BET surface area measurements. These characteristics suggested superior suitability for electrochemical energy storage applications. Electrochemical performance was assessed using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results demonstrated that the supercritical fluid-assisted MXene electrodes delivered higher specific capacitance, lower internal resistance, and better cycling stability compared to those synthesized by the MILD method. Such findings highlight the potential of the supercritical approach as a promising alternative for developing next-generation MXene-based energy storage devices. In conclusion, this study provides significant contributions to the development of highperformance electrode materials for supercapacitors. The obtained results prove that the supercritical fluid-assisted synthesis method is not only an environmentally friendly and safe alternative but also a strategy that enhances both the structural and electrochemical performance of MXene materials. Therefore, the scalability and applicability of this method for producing different types of MXenes are expected to play a crucial role in future energy storage technologies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    519034

    Supercritical fluid assisted preparation of Co promoted N-doped carbon aerogel electrocatalysts for oxygen reduction reaction and investigation of the nature of active sites

    Oksijen indirgeme reaksiyonu için N-katkılı Co teşvikli karbon aerojel elektrokatalizörlerinin süperkritik akışkan yardımı ile hazırlanması ve katalizördeki aktif yapıların doğasının incelenmesi

    SEÇİL ÜNSAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CAN ERKEY

  2. Tez No

    318015

    A fundamental study on the synthesis of aerogel supported bimetallic nanoparticles using supercritical deposition

    Aerojel destekli iki metalli nanoparçacıkların süperkritik depozisyon yöntemiyle sentezi üzerine temel bir çalışma

    SELMİ ERİM BOZBAĞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    BiyokimyaKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CAN ERKEY

  3. Tez No

    341497

    Kırmızı biber salçası üretimi artıklarından ultrason ve süperkritik akışkan ekstraksiyon yöntemleri ile antioksidan eldesinin optimizasyonu

    Optimization of ultrasound and super critical fluid extraction of antioxidant compounds from red pepper paste production by-products

    ÖZGE TUNA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Gıda MühendisliğiOndokuz Mayıs Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLKAY KOCA

    DR. İNCİNUR HASBAY

  4. Tez No

    245408

    Preparation of carbon supported single Pd, Pt and bimetallic Pd-Pt nanoparticles using supercritical CO2 deposition

    Karbon destekli tek metalli Pd, Pt ve iki metalli Pd-Pt nanoparçacıkların süperkritik CO2 depozisyon yöntemiyle hazırlanması

    BETÜL CANGÜL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Metalurji MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CAN ERKEY

  5. Tez No

    793551

    CO2 ile çalışan güneş enerjisi destekli güç üretim sisteminin performansının incelenmesi ve optimizasyonu

    Investigation and optimization of the performance of a solar assisted power generation system working with CO2

    SERPİL ÇELİK TOKER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖNDER KIZILKAN

Geri Dön