Alternative synthesis methods and applications of graphene
Alternatif yöntemler ile grafen üretimi ve uygulamaları
- Tez No: 603819
- Danışmanlar: PROF. DR. FİGEN KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Grafen, Elektrokimyasal, Sentez, Organik, Güneş, Graphene, Electrochemical, Synthesis, Organic, Solar
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Bu tez çalışmasında çubuk şeklindeki ve toz halindeki grafit başlangıç malzemelerinden iki farklı yaklaşım ile su ve sülfat tuzu ile oluşturulan elektrolit çözeltiler içerisinde elektrokimyasal yöntem ile grafen üretimi amaçlanmıştır. Çubuk şeklindeki grafitik başlangıç maddeleri daha geleneksel iki elektrotlu sentez düzeneğinde kullanılırken, grafit tozlar önce preslenmiş, daha sonra paslanmaz çelik bir kafesin üzerinde, su ile temas halinde kalacak şekilde bir düzeneğe alınmıştır. Bu çelik kafes düzeneğinde anot ve katot olarak Pt teller kullanılmıştır. İki yaklaşımda da düzenekler ultrasonik kuvvetlerden yararlanarak tabaka ayrılması verimini ve elde edilen grafen miktarını arttırmak amacı ile ultrasonik banyoda hazırlanmıştır. Bahsedilen kafes düzeneğinin, elektrokimyasal yöntem ile grafen üretimi alanında ilk defa uygulanan bir yaklaşım olduğu belirtilmelidir. Sentez prosesinin ardından ürünler vakum filtrelenip defalarca yıkandıktan sonra fırında kurutulmuştur. Elde edilen tozların bir kısmı DMF içerisinde ultrasonik banyo yardımıyla dağıtılmış, santrifüj edilmiş ve santrifüjden elde edilen üst kısımdaki kararlı süspansiyon toplanmıştır. Tozların diğer kısmı analiz edilmek ve daha sonra kullanılmak üzere saklanmıştır. Kimyasal ve yapısal karakterizasyonlar Raman spektroskopisi, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve Alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) ile yapılmıştır. Belirlenen grafen süspansiyonları organic güneş hücrelerinde boşluk taşıyıcı tabakaya (HTL) katkı olarak kullanılmıştır. ITO/PEDOT:PSS-Graphene/P3HT:PCBM/Al mimarisi ile hazırlanan organik fotovoltaik cihazlar ile grafen içermeyen referans cihazlar döndürme kaplama ve vakum altında termal biriktirme yöntemleri ile üretilmiştir. Ayrıca belirtmek gerekirse, bu çalışma organik fotovoltaik cihazlarda boşluk taşıyıcı tabaka olarak elektrokimyasal yöntem ile elde edilmiş grafen kullanımını kapsayan ilk çalışmadır. Güneş hücresi karakterizasyonlarında eldivenli kutuda güneş simülatörü ile elde edilmiştir. En iyi sonuç, ince grafit tozundan kafes yöntemi ile elde edilmiş grafenden alınmıştır. Referans PEDOT:PSS cihaza göre %63, referans PEDOT:PSS-DMF cihaza göre %14 verim artışı elde edilmiştir ki, bu sonuçlar literatürdeki diğer sonuçlara yakın hatta bazı sonuçlardan daha iyidir.
Özet (Çeviri)
Aim of this thesis study is to obtain 2D hexagonal graphene layer from rod-like and powder-like graphitic precursors via electrochemical exfoliation process with 2 different approaches. Rod-like graphitic precursors utilized in a more conventional two-electrode synthesis setup with aqueous sulfate salt solutions as electrolyte while graphite powders were first pressed into pellets and then put on the stainless steel wire cage while maintaining contact with water. Two Pt wires used as anode and cathode in the so-called wire cage method. Both setups used the ultrasonic bath in order to increase exfoliation efficiency and yield as suggested in the literature. We note that the wire cage method is a brand new approach in the electrochemical synthesis area for graphene. After the synthesis, products were vacuum filtered and thoroughly washed and dried in the oven. Some of the dried powders were dispersed in DMF in an ultrasonic bath, centrifuged and obtained supernatant were collected while remaining as-dried powders stored for analysis and further use. Chemical and structural characterizations were done using Raman spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM). Select graphene suspensions were utilized in organic solar cells as an additive to the hole transport layer (HTL). Organic photovoltaic devices with ITO/PEDOT:PSS-Graphene/P3HT:PCBM/Al structure as well as reference samples without graphene have been fabricated using spin coating and vacuum thermal evaporation methods. It should also be noted that, this is the first time for electrochemically synthesized graphene to be used in organic photovoltaic devices as the hole transport layers. Solar cell characterizations were then maintained using the solar simulator in a glove box. The best result came from electrochemically synthesized graphene using fine graphite powders and wire cage method, which vastly outperformed reference PEDOT:PSS device (63% increase in efficiency) and still managed to give better results than the reference PEDOT:PSS-DMF device (14% increase in efficiency). These efficiency increases are comparable to some cases in the literature while outperforming others.
Benzer Tezler
- Grafit oksitin elektrokimyasal indirgenmesi ile grafen ve metal-grafen kompozit sentezi
Synthesis of metal-graphene composite and graphene by electrochemical reduction of graphite oxide
HÜLYA ÖZTÜRK DOĞAN
- Grafen-heteroatom temelli katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen üretiminde kullanımı
Graphene-heteroatom based catalysts and their application for hydrogen production
DUYGU AKYÜZ
Doktora
Türkçe
2019
EnerjiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA
PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Engineering multifunctional hybrid nanomaterials for bioanalytical and biomedical applications
Başlık çevirisi yok
İSMAİL ÖÇSOY
Doktora
İngilizce
2014
BiyomühendislikUniversity of FloridaNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. WEIHONG TAN
- Grafen oksidin sülfürik ve fosforik asit varlığında indirgenmesi ve elektroanalitik uygulamalarının araştırılması
Reduction of graphene oxide with sulfuric and phosphoric acids and investigation of its electroanalytical applications
ENGİN ER