Investigation of electronic properties of ionic liquid electrochemical devices by X-ray photoelectron spectroscopy
İyonik sıvılı elektrokimyasal aygıtların elektronik özelliklerinin X-ışını fotoelektron spektroskopisiyle incelenmesi
- Tez No: 444796
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEFİK SÜZER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizikokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Yeni bir çığır açan solventsiz elektrolitler 'iyonik sıvılar' (ILs) ile bir araya getirilmiş/hazırlanmış elektrokimyasal enerji depolama aygıtlarına yönelik olan dikkat son yirmi yılda giderek artmaktadır. Belli bir elektrokimyasal cihaz tasarlamak için, IL'lerin ara yüzlerinin yapısını ve elektriksel tepkisini anlamak çok önemlidir. Buna göre, bu tez X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) için gerekli olan ultra yüksek vakum koşullarıyla uyumlu bir IL içeren elektrokimyasal cihazların, XPS ile incelenmelerine odaklanmaktadır. Belirli elektrokimyasal konuların temel özelliklerini daha iyi anlamak için, iki metal elektrotun arasında N, N-Dietil -N-metil -N- (2-metoksietil) amonyum bis (triflorometansülfonil) imid (DEME-TFSI) iyonik sıvı-elektroliti içeren elektrokimyasal aygıtlar, (i) şarj / deşarj fenomenleri, (ii) elektrikli çift katman (EDL) oluşumu ve (iii) elektrokimyasal reaksiyon ürünlerinin analizlerini aydınlatmak için, yaratıcı bir analitik aracı olarak XPS'in harici elektriksel uyarı kontrolü altında incelenmiştir. İlk bölümde, gözenekli polietilen membran (PEM) üzerinde iki altın metal elektrot bulunan sistemin arasında DEME-TFSI emdirilerek elde edilen bir eş-düzlemsel elektrokimyasal cihaz, pozisyon bağımlı elektriksel potansiyel değişimlerini kaydetmek için, harici D.C. gerilimi uygulanarak çalışılmıştır. Buna ek olarak, A.C. gerilimi zamansal davranışı aydınlatmak için kullanılmıştır. A.C. gerilimi için, sistemin sonsuz- ve sıfır-zaman başlangıcında tepkilerini saptamak için sıra ile yavaş (10 mHz) ve hızlı (1 kHz) zaman ölçeğine karşılık gelen iki frekansın kullanıldığı bir kare dalga uyarımı ile gerçekleştirilir. Her koşulda, XP spektrumları farklı yerel konumlarda kaydedilmiştir. Bu D.C. ve A.C. uygulamalarının bir sonucu olarak yeni bir anlayış ortaya çıkmıştır. Buna göre, metal-elektrolit ara yüzündeki EDL oluşumu yerel boyutlarda nanometre ölçeğinde sınırlı olmasına rağmen, bunun XPS ile algılanan gerilim geçişlerinin analizi yoluyla görselleştirmesi ara yüzeyden milimetre ölçeğindeki çok geniş mesafelere kadar etkili olduğu saptanmıştır. Bu tepkiler aynı zamanda, iki zıt polarize olmuş elektrot ve bunların arasında bir iyonik iletken madde bulunan basit bir eşdeğer devre kullanılarak modellenmiştir. İkinci bölümde, DEME-TFSI'nin iyonik bileşenlerinin Au elektrot / IL elektrolit ara yüzünde yeniden düzenlenmesi, dinamik-XPS yaklaşımı ile yavaş (1 mHz) üçgen dalga şeklinde 5V'luk bir genlik elektriksel darbeler uygulaması altında, anyonik ve katyonik fragmanları temsil eden iki N1s tepesinin şiddetlerindeki değişimler kaydederek izlenmiştir. Son bölümde, harici potansiyel uygulanan XPS analizleri, Au-NP'lerin hem bir eş-düzlemli hem de bir tel ve düzlem-elektrot elektrokimyasal geometrilerinde anodik tetiklemeli elektrokimyasal hazırlanışının gerçek zamanlı ve vakum ortamında izlenimi ve karakterizasyonun için kullanılmıştır. DEME TFSI ortamı içindeki küçük boyutlu Au NP'lerin oluşumu Görünür bölgedeki optik spektrumda 470 nm civarındaki karakteristik bir tepe ve TEM görüntülerdeki küresel ve iyi dağılmış (~ 4 nm) parçacıklarla teyit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Attention towards electrochemical energy storage devices assembled with innovative solvent-free electrolytes 'ionic liquids' (ILs) has been progressively rising over the last two decades. In order to design a particular electrochemical device it becomes crucial to understand the structure of interfacial region and the electrical response of ILs. Accordingly, this thesis focuses on X ray Photoelectron Spectroscopic (XPS) investigations of electrochemical devices containing ILs, that is compatible with ultra high vacuum condition needed for XPS. Towards better understanding the fundamental aspects of certain electrochemical issues, electrochemical devices consisting of two metal electrodes, which contains N,N – Diethyl -N- methyl -N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (DEME-TFSI) IL-electrolyte between them, have been investigated by XPS under external electrical stimuli control, as a novel analytical tool for elucidating; (i) charging/ discharging phenomena, (ii) electrical double layer (EDL) formation and (iii) electrochemical reaction products. In the first part, a co-planar electrochemical device, with two gold electrodes on porous polyethylene membrane (PEM) plus DEME-TFSI impregnated between the electrodes, has been studied using external DC bias, for recording the position dependent electrical potential variations. In addition, AC bias is used to harvest temporal behavior. For the AC bias a square wave excitation is used, for which two frequencies are adopted corresponding to slow (10 mHz) and fast (1 kHz) time scales, for probing the response of the system at infinite- and zero-time onset, respectively. In all cases XP spectra have been recorded at different lateral positions. As a result of these DC and AC applications a new understanding has surfaced. Accordingly, although at the metal-electrolyte interface the EDL formation is limited to lateral dimensions at the nanometer scale, its visualization through the analysis of the XPS-probed voltage transients can be extended to very large distances from the interface, in the millimeters scale. These responses have also been modeled using a simple equivalent circuit with two oppositely polarized electrodes and an ionic conducting medium in between. In the second part, re-arrangement of the DEME-TFSI's ionic constituents at the Au electrode/IL-electrolyte interface has been monitored by the dynamic-XPS approach under application of electrical pulses in the form of a slow (1 mHz) triangular wave with an amplitude of 5V, while recording the intensity fluctuations of the two N1s peaks corresponding to the anionic and the cationic fragments. In the last part, the externally bias XPS analysis has been used for in situ and in-vacuo monitoring of anodically triggered electrochemical preparation and characterization of Au NPs in both a co-planar and also in a wire-plane electrode electrochemical geometries. The small sized Au NPs' formation within the DEME-TFSI medium has been confirmed by the characteristic peak around 470 nm in the Visible spectrum and with the spherical and well-dispersed (~4 nm) particles in TEM images
Benzer Tezler
- Batarya elektrolit materyali ve optoelektronik aygıt olarak iyonik sıvıların yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural properties of ionic liquids as battery electrolyte material and optoelectronic device
KÜRŞAT ARDUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSinop ÜniversitesiDisiplinlerarası Nükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KARAKAYA
- Elektroaktif polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulama alanlarının araştırılması
Synthesis, characterization of electroactive polymers and investigation of their application areas
MERVE DENİZ
Doktora
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Katı elektrokromik cihaz tasarımı
Design of solid electrochromic device
DİLEK EVECAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Farklı iyonik sıvılar varlığında iletken polimer/tungsten oksit nanokompozitlerinin elektrokimyasal sentezi ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Electrochemical synthesis of conducting polymer/tungsten oxide nanocomposites in different ionic liquids media and investigation of electrochromic properties
ÇİĞDEM DÜLGERBAKİ
Doktora
Türkçe
2016
KimyaSüleyman Demirel ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Ayşegül UYGUN ÖKSÜZ
- Electrochemical investigations of ion transport in unconventional environments
Geleneksel olmayan ortamlarda elektrokimyasal iyon taşınmasının sorgulanması
CAN BERK UZUNDAL
