Süperkapasitör uygulamaları için metal içeren zeolitik imidazol kafeslerin (ZIF-8) sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of metal doped metal organic framework (ZIF-8) for supercapacitor applications
- Tez No: 762771
- Danışmanlar: PROF. DR. AYTEN ATEŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Nüfus ve sanayileşmenin artmasıyla enerji ihtiyacı günden güne artmaktadır ve enerji kaynakları bu ihtiyacı karşılayamamaktadır. Bu nedenle son zamanlarda enerji depolama sistemleri üzerine yapılan çalışmalar oldukça fazladır. Enerji depolama sistemlerinden süperkapasitörlerin, bataryalara göre güç yoğunluğunun fazla olması, şarj/deşarj oranlarının hızlı olması ve maliyetinin düşük olması gibi avantajları vardır. Bu yüzden süperkapasitörlerin dezavantajlarının giderilmesi ve geliştirilmesi enerji depolama açısından oldukça önemlidir. Bu tez çalışmasında MOF alt sınıfı olan, gözenekli yapıya, termal ve kimyasal kararlılığa sahip ZIF-8'in sentezi karıştırma yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. ZIF-8'in avantajları olmasına rağmen elektriksel iletkenliğinin düşük olması gibi bir dezavantajı da vardır ve bunun için sentezlenen ZIF-8 numunelerinden en iyi sonuç verenlerine çeşitli metaller (Fe, Mn, Cu) yüklenmiş ve bu metallerin ikili kombinasyonu (Fe-Mn/ZIF-8, Cu-Mn/ZIF-8) gerçekleştirilmiştir. Sentez sırasında metanol, DMF ve saf su kullanılmıştır. SEM ve STEM görüntüleri ile metanol çözücüsü ile sentezlenen numunelerde ZIF-8 yapısının başarıyla elde edildiği, XRD ve FTIR analizleri sonucunda kristal yapının oluştuğu belirlenmiştir. Bu nedenle metal/ZIF-8 sentezlerine metanol çözücüsüyle devam edilmiştir. Sentezlenen metal/ZIF-8 numunelerinin hem karakterizasyonu hem de elektrokimyasal analizleri yapılmıştır. Elektrokimyasal analizler sırasında 0.1 M Na2SO4 elektroliti kullanılmıştır. Analiz sonucunda demir ve mangan metallerinin kombinasyonu sonucunda Fe/ZIF-8'in spesifik kapasitans değeri 43.175 F/g iken, Fe-Mn/ZIF-8'de bu değer 40.105 F/g olarak belirlenmiştir. Manganın Fe/ZIF-8'in elektrokimyasal özelliklerini olumsuz yönde etkilediği tespit edilmiştir. Cu/ZIF-8'de ise spesifik kapasitans 33.735 F/g iken Cu-Mn/ZIF-8'de bu değer 53.585 F/g'a yükselmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda demirin aksine, bakır ile manganın kombinasyonu elektrokimyasal özelliğini artırdığı gözlemlenmiştir. Mangan ve bakır miktarının etkisini görmek amacıyla farklı molar oranlarda kullanılarak ZIF-8 sentezlenmiştir. Bakır ve mangan miktarı eşit tutulduğunda spesifik kapasitansta azalma meydana gelmiştir (39.38 F/g). Mangan miktarı artırıldığında ise spesifik kapasitans (26.14 F/g) daha da azalmıştır.
Özet (Çeviri)
The increase of population and industrialization leads to an increase of the demand for energy which cannot be met by energy resources. For this reason, much work has been done recently on energy storage systems. Supercapacitors from energy storage systems have advantages such as higher power density than batteries, fast charge/discharge rates and low cost. Therefore, it is very important for energy storage to eliminate the disadvantages of supercapacitors and develop them further. In this work, the synthesis of ZIF-8, a subclass of MOF that has a porous structure and thermal and chemical stability, was carried out by mixing and freeze-drying. Although ZIF-8 has advantages, it also has a disadvantage such as low electrical conductivity, and different metals (Fe, Mn, Cu) were loaded on the best results from the ZIF-8 samples synthesized for these and the combination of these metals (Fe-Mn/ZIF-8, Cu-Mn/ZIF-8). Methanol, DMF and purified water solvents were used for the synthesis. It was found that the ZIF-8 structure in the samples synthesized using methanol as solvent was successfully obtained by SEM ans STEM images, and the crystal structure was formed as a result of XRD and FTIR analysis. The metal/ZIF-8 syntheses was continued using methanol as solvent. Both characterization and electrochemical analysis of the synthesized metal/ZIF-8 samples were performed. A 0.1 M Na2SO4 electrolyte was used for the electrochemical analysis. The analysis showed that the value of specific capacitance of Fe/ZIF-8 due to the combination of ferrous and manganese metals was 43.175 F/g, while this value for Fe-Mn/ZIF-8 was determined to be 40.105 F/g. Manganese was found to have a negative effect on the electrochemical properties of Fe/ZIF-8. While the specific capacitance for Cu/ZIF-8 was 33.735 F/g, this value increased to 53.585 F/g for Cu-Mn/ZIF-8. Consistent with these results, it was found that the combination of copper and manganese improved the electrochemical properties in contrast to iron. To investigate the effect of the amount of manganese and copper, ZIF-8 was synthesized at different molar ratios. When the copper and manganese content was the same, there was a decrease in specific capacitance (39.38 F/g). When the amount of manganese was increased, the specific capacitance (26.14 F/g) decreased further.
Benzer Tezler
- Süperkapasitör enerji depolama uygulamaları için nano-boyutlu metal oksit içeren polipirol esaslı kompozit malzemelerin elektrokimyasal sentezi
Electrochemical synthesis of composite materials based on polypyrrole containing nano-sized metal oxide for supercapacitor energy storage applications
ERHAN KARACA
- Süperkapasitör ve kataliz uygulamaları için koordinasyon polimerleri kullanılarak ikili metal oksitlerin hazırlanması
Preparation of binary metal oxides derived from coordination polymers for supercapacitor and catalysis applications
AKIN SARIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EnerjiKırklareli ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH SEMERCİ
- Grafen kuantum nokta/ metal oksit/ iletken polimer içeren nanokompozitlerin süperkapasitör performanslarının incelenmesi
Investigation of supercapacitor performances of nanocomposites containing graphene quantum dot/metal oxide/conductive polymer
BERAY ALYAKUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Nikel köpüklerin ergimiş KOH içerisinde anodik oksidasyonu ile süperkapasitör uygulamaları için elektroaktif nikel oksit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of electroactive nickel oxides grown on nickel foam by anodic oxidation in KOH melts for supercapacitor applications
NAZLI İREM TOKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Grafen/metal-metal oksit nanokompozitlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of graphene-metal/metal oxide nanocomposites
SERAY AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ