Synthesis & characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 thin films
Mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 450634
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnorganik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Bu çalışma; tuz ve yüzey aktiflerin kendiliğinden oluşumu olan EYKO (eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma) metodunun ortamda bir polimerizasyon aracı olmadan mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonuna uyarlanmasına odaklanmıştır. EYKO işlemi, ince filmleri ve monolitleri sentezlemek için yeni bir metottur. Sıvı kristal faz ve yakılmış örnekler x- ışını kırınımı, XRD, Raman ve FTIR spektroskopi, N2 sorpsiyon ve POM, SEM, TEM görüntüleme ve UV-Görünür bölge soğurma spektroskopi cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Bu işlemin ilk adımı; içinde sulu tuzlar olan LiNO3.xH2O ve Co(NO3)2.6H2O (yada Mn(NO3)2.6H2O), CTAB (setiltrimetilamonyum bromür, iyonlu yüzey aktif madde) (yada CTAN, setiltrimetilamonyum nitrat), 10- laurik eter (C12EO10, nötür yüzey aktif madde) ve uçucu çözücüler olarak etanol (yada H2O) içeren berrak çözeltiler hazırlamaktır. Buna ek olarak; LiMn2O4 sentezi için hazırlanan çözeltide [Mn(OH)2(H2O)4](s) kompleks oluşumunu önlemek için HNO3'e ihtiyaç duyulur. Sonra çözelti döngülü kaplama ile cam alttaş üzerine kaplanarak fazla çözücünün uçmasıyla yüksek sıcaklık (300 ile 550 oC ) uygulamalarına maruz bırakılarak, mezogözenekli metal lithiates'in ilk örnekleri sentezlenir. Bu tez; mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4'ın saflık, yüzey alanı, duvarların kristalliği gibi özelliklerinin, kullanılan çözücü, film kalınlığı, asit miktarı, tuz miktarı, yanma sıcaklığı ve süresi ve kullanılan yüzey aktiflerin değişimi ile nasıl kontrol edilebileceğini anlatmaktadır. Çözelti hazırlama kısmında; yüksek çözünürlüğü ve sentez verimliliği açısından çözücü olarak etanol tercih edilmiştir. Döngülü kaplama ile hazırlanan örneklerde damlatılarak yayma yöntemi ile hazırlananlara kıyasen daha düzenli gözenekler ve daha az miktarda yan ürün oluşumu gözlendi. LiCoO2 sentezinde yan ürün oluşumunda HNO3'ün herhangi bir etkisinin olmadığı belirlendi. Fakat LiMn2O4'ın sentezinde kararlı ve homojen bir çözelti elde etmek için gerekli olduğu saptandı. CTAB ile hazırlanan . LiCoO2 örnekleri düşük sıcaklıklarda yarı kristal bir yapı gösterir, mezoyapı 550 oC'ye kadar dayanıklıdır, sonrasında bozunarak Co3O4 ve Li2O'e parçalanır. CTAB'ın mezogözenekli LiCoO2 sentezinde düzenli gözenek oluşumundaki etkisi gözlemlenmiştir. Ama Br- iyonunun yan ürün oluşumundaki etkisinden dolayı; ilerki deneylerde CTAN sentezlenip kullanılmıştır. Kalsine edilmiş ince film örneklerinin düşük açılı XRD ölçümlerinde kırınım göstermesi, yanma süresince mezoyapının düzenliliğinin korunduğunu göstermektedir. EYKO metodunun uyarlanmasıyla sentezlenen mezogözenekli HT- LiCoO2, yanma sıcaklığı 900 oC'den 300 oC'ye kadar düşürülebildiği için yüzey alanı 65 m2/g ve gözenek boyutu 15 nm olan literatürdeki ilk örnektir. Ayrıca, 82 m2/g yüzey alanı ve 11 nm gözenek boyutuna sahip mezogözenekli saf LiMn2O4 hem CTAB hem de CTAN kullanılarak sentezlenebilmektedir.
Özet (Çeviri)
This work focuses on the adaptation of molten salt assisted self-assembly (MASA) method for the synthesis and characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 materials without a polymerizing agent in the media. The MASA process is a new method to synthesize mesoporous thin films and monoliths. Fresh gel and calcined solid samples were characterized by using XRD, Raman, N2 sorption, FTIR POM, SEM, TEM and UV-Vis measurements. The first step of the process involves the preparation of clear solutions that contain two hydrated salts, LiNO3.xH2O and Co(NO3)2.6H2O (or Mn(NO3)2.6H2O), CTAB (cethyltrimethylammonium bromide, ionic surfactant) (or CTAN), 10- lauryl ether (C12EO10, ionic surfactant) and ethanol (or H2O) as volatile solvents. Additionally, HNO3 is needed in the case of LiMn2O4 to prevent formation of [Mn(OH)2(H2O)4](s) complex during and/or before the assembly process. The clear solutions are spin coated over various substrates to produce the salt-surfactant LLC mesophase that resists to high temperature treatments (300 550 oC) in air to form first examples of mesoporous metal lithiates. Thesis is designed to give the insights on how to change several parameters that control the features like purity, pore size, surface area and crystallinity of the LiCoO2 and LiMn2O4 mesostructures by determining solvent type, thickness of the LLC film, acid amount, salt uptake, calcination temperature, calcination time and surfactant used for the synthesis. Ethanol was determined to be a good solvent to prepare the clear solutions. The samples, prepared by spin coating gave better results than the ones prepared by drop casting to obtain uniform pores with less side products. Addition of HNO3 has no effect on side product formation in the synthesis of LiCoO2 but it is vital to obtain a stable, homogenous solution in the case of LiMn2O4 preparation. LiCoO2 samples, prepared using CTAB are semicrystalline at lower temperatures and stable up to 550 oC but it undergoes decomposition to Co3O4 and Li2O at higher temperatures. Presence of CTAB in the reaction media has a positive effect on the uniformity pores. However; due to the role of Br- ion on formation of side products, CTAN has been used for further experimentation. Thin films of the calcined samples showed small angle diffraction corresponds to preserved order of the mesophase during calcination. Mesoporous pure HT- LiCoO2 synthesized with MASA is the first example in the literature, having a 65 m2/g specific surface area and 15 nm pore size. Moreover; mesoporous pure LiMn2O4 could be obtained both using CTAB and CTAN with 82 m2/g specific surface area and 11 nm pore size.
Benzer Tezler
- Synthesis, characterization and pore size control of mesoporous Li4Ti5O12, CoTiO3 and MnTiO3 thin films
Mezogözenekli Li4Ti5O12, CoTiO3 ve MnTiO3 ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve gözenek boyutu kontrolü
CİVAN AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Synthesis & characterization of mesoporous zinc cobaltite thin films and its electrochemical application for oer
Mezogözenekli çinko kobaltit ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu ve oksijen açığa çıkış reaksiyonu için elektrokimyasal uygulamaları
NESİBE AKMANŞEN KALAYCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Synthesis & characterization of modified mesoporous LiMn2-xCoxO4 thin films as water oxidation electrocatalysts
Su oksidasyon elektro-katalizörü mezoporlu modifiye LiMn2-xCoxO4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
IRMAK KARAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Farklı silika kaynaklarından SBA-15 üretimi, karakterizasyonu ve uygulama alanının incelenmesi
Synthesis and characterization of SBA-15 from different silica sources and investigation of the application area
MÜGE SARI YILMAZ
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİYE PİŞKİN
- Synthesis and characterization of LiMPO4 (Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II))
Mezogözenekli LiMPO4'lerin (Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II)) sentezleri ve karakterizasyonları
TULUHAN OLCAYTO ÇOLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ