Süperkapasitör uygulamaları için bor katkılı karbon kuantum nokta ile metal ftalosiyanin nanohibritlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron doped carbon quantum dots and metal phthalocyanine nanohybrids for supercapacitor applications
- Tez No: 1011847
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHADIR KESKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Karbon kuantum nokta, Metaloftalosiyaninler, Carbon quantum dot, Metallopthalocyanines
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizikokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde hızla artan küresel enerji talebiyle birlikte hem yüksek performanslı hem de sürdürülebilir yeni nesil enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Buradaki çalışmada süperkapasitör elektrot malzemelerinin performansını artırmak için yeni nesil nanohibrit sistemler tasarlanmış ve geliştirilerek sistematik olarak incelenmiştir. Yapılan ölçümler dahilinde yüksek iletkenliğe sahip bor katkılı karbon kuantum noktalarının (BCQD'ler) redoks aktif metal ftalosiyaninlerle (MPc'ler) birbirlerine entegre edilmiştir. Çalışmada karbon kuantum noktalarının (CQD'ler) elektronik bant yapıları şekillendirmek suretiyle bor kaynağı olarak borik asit kullanılmış ve çevre dostu, mikrodalga destekli aşağıdan yukarıya (Bottom-up) bir yaklaşımla BCQD'ler sentezlenmiştir. Sonrasında özel olarak tasarlanmış bir ligand olan 4-(3-hidroksifenoksi) ftalonitril (4RFN) sentezlenmiş ve çinko (ZnPc) ve kobalt merkezli (CoPc) ftalosiyaninlerin sentezlenmesinde kullanılmıştır. Bu yapılar daha sonra kovalent olmayan π–π istifleme etkileşimleri yoluyla birleştirilerek nanohibrit elektrot malzemeleri (CQD@ZnPc, BCQD@ZnPc, CQD@CoPc ve BCQD@CoPc) oluşturulmuştur. Sentezlenen malzemelerin yapısal ve optoelektronik özellikleri TEM, XPS, FT-IR ve UV-Vis spektroskopisi gibi yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, bor katkısının %1,42'lik atomik oranda karbon kafesine başarılı bir şekilde dahil edildiği gözlemlenmiş, bu da daralmış optik bant aralığına ve iyileştirilmiş yük taşıma özelliklerine yol açtığını doğrulanmıştır. Elektrokimyasal performans, 6 M KOH elektrolit kullanılarak simetrik iki elektrotlu bir sistemde döngüsel voltametrik (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ölçümleri yoluyla değerlendirildi. Tüm örnekler arasında, BCQD@CoPc nanohibritinin diğer örneklerden daha üstün performans sergileyerek en yüksek özgül kapasiteyi (10 mV/s'de 21,25 F/g), en düşük yük transfer direncini (1,3×10⁻⁴ Ω) ve optimum enerji yoğunluğunu sağladığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, yüksek iletkenliğe sahip bor katkılı kuantum noktalarının psödo-kapasitif metal ftalosiyaninlerle sinerjik entegrasyonu, bu nanohibritlerin gelişmiş enerji depolama uygulamaları için umut vadeden ayarlanabilir elektrot malzemeleri olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The rapidly increasing global energy demand necessitates the enhancement of both high-performance and sustainable next-generation energy storage capabilities. In this thesis, novel nanohybrid systems are designed and systematically established to increase the quantity of supercapacitor electrode materials. These systems are based on the coupling of boron-doped carbon quantum dots (BCQDs) with redox-active metal phthalocyanines (MPc). In this study, carbon quantum dots (CQDs) were synthesized by BCQDs using boric acid as a boron source to form electronic bands via an environmentally friendly microwave-assisted bottom-up approach. Subsequently, a specially designed ligand, 4-(3-hydroxyphenoxy) phthalonitrile (4RFN), was synthesized and assembled (ZnPc) and used in the preparation of cobalt model (CoPc) phthalocyanines. These structures were then combined using nanohybrid electrode materials via non-covalent π–π stacking, i.e., CQD@ZnPc, BCQD@ZnPc, CQD@CoPc, and BCQD@CoPc were formed. The structural and optoelectronic properties of the synthesized materials were selected without separation by TEM, XPS, FT-IR, and UV-Vis spectroscopy. The results confirmed the successful incorporation of the tube into the 1.42% atomic ratio carbon lattice, leading to a narrowed optical band gap and improved charge-transport properties. Electrochemical performance was evaluated using cyclic voltammetric (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge-discharge (GCD) measurements of a symmetric two-electrode system in a 6 M KOH electrolyte. Among all examples, the BCQD@CoPc nanohybrid demonstrated superior performance, providing the highest specific capacitance (21.25 F/g at 10 mV/s), the lowest charge transfer resistance (1.3×10⁻⁴ Ω), and optimum energy. Consequently, the synergistic details of highly conductive boron-doped quantum dots with pseudo-capacitive metal phthalocyanines have shown that these nanohybrids are promising tunable, tunable electrode materials for advanced energy storage applications.
Benzer Tezler
- Grafitik karbon nitrür ve bor nitrür içeren kompozit yapıların hazırlanması; çevre ve enerji uygulamaları
Preparation of composite structures containing graphitic carbon nitride and hexagonal boron nitride; environmental and energy applications
BUSE SERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiTarsus ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KASIM OCAKOĞLU
- Engineering defects in hexagonal boron nitride to advance electrochemical energy storage in supercapacitor devices
Altıgen bor nitrürdeki kusurların mühendisliği ile süperkapasitör cihazlarında elektrokimyasal enerji depolamanın iyileştirilmesi
MOHAMAD ALEINAWI
Doktora
İngilizce
2025
Bilim ve TeknolojiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRE ERDEM
- Hegzagonal bor nitrür katkılı çok duvarlı karbon nanotüp ile poli(3,4-Etilendioksi tiyofen-ko-metil pirol) nanokompozitinin süperkapasitör uygulamaları
A supercapacitor appliations of multi-walled carbon nanotube and poly(3,4-Ethylenedioxythiophene-co-methyl pyrrole) nanocomposites doped with hexagonal boron nitride
HÜSEYİN MERT SARIŞIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
EnerjiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT ATEŞ
- Hegzagonal bor nitrür katkılı indirgenmiş grafen oksit temelli malzemelerin asimetrik süperkapasitör uygulamaları
Asymmetric supercapacitor applications of reduced graphene oxide based materials doped with hexagonal boron nitride
EFKAN GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT ATEŞ
- Süper kapasitör uygulamaları için nano bor karbür (B4C) sentezi
Synthesis of nano boron carbide (B4C) for supercapasitor applications
SELİN TÜMKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAYA