Applications of electrochemically exfoliated graphene-based nanomaterials
Elektrokimyasal olarak eksfoliasyon edilen grafen tabanlı nanomalzemelerin uygulamaları
- Tez No: 818026
- Danışmanlar: PROF. DR. SUNDARAM GUNASEKARAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Chemistry, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Wisconsin-Madison
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Grafen (Gr) ve türevleri, üstün özellikleri nedeniyle, elektrik, enerji üretimi ve depolanması, sensörler, su arıtımı, ilaç ve daha birçok alanda geniş çapta bir uygulama için büyük araştırma ilgisini ateşlemiştir. Gr, birçok şekilde grafitten hazırlanabilir: mekanik ayrılma, kimyasal eksfoliasyon, termal ayrışma veya elektrokimyasal eksfoliasyon. Bunlar arasında, toksik, aşındırıcı oksitleyici / indirgeyici ajanlar kullanılmadan yapılan elektrokimyasal eksfoliasyon, grafen üretmek için basit, hızlı ve çevre dostu bir yöntemdir. Eşsiz özelliklerinden yararlanılarak, özellikle süper kapasitörlerde kullanılmak üzere enerji uygulamaları için elektrokimyasal olarak üretilen grafen (EG) bazlı nanomalzemeler üretilmiştir. Serbest duran, oldukça esnek ve iletken bir grafen kağıdı (GrP), basit, çevre dostu ve ucuz bir yöntemle üretilmiştir. Fabrikasyon işlemi, kısmen oksitlenmiş grafen süspansiyonu olarak grafitin elektrokimyasal dökülmesi ile başlar, bu daha sonra vakumla süzülür ve havada kurutulur. GrP'nin kalınlığı, filtrasyon için kullanılan kısmen oksitlenmiş grafen süspansiyonunun hacminin ve / veya konsantrasyonunun ayarlanmasıyla kontrol edilir. Prosedür, kağıda benzer grafen platformlarının imalatı için yaygın yöntemlere kıyasla herhangi bir bağlayıcı, toksik ve aşındırıcı madde veya yüksek sıcaklık içermez. GrP mükemmel mekanik ve elektriksel özelliklere sahiptir. GrP, literatürde bildirilen diğer kağıt benzeri grafen materyallerine kıyasla mükemmel elektrokimyasal performans ve üstün kapasitans tutma sağlar. Dahası, GrP, yağların ve organik çözücülerin mükemmel bir emicisidir ve tekrar kullanılabilir. Bu nedenle, bu çevre dostu GrP üretim yöntemi, enerji depolama cihazları, esnek / giyilebilir elektronikler ve yağ veya toksik organik dökülmelerin çıkarılması gibi uygulamalar için büyük ölçekli imalat için kullanılabilir (Bölüm II). GrP'nin kapasitans davranışını arttırmak için, psödo kapasitif bir malzeme olan manganez dioksit (MnO2), farklı sayıda MnO2 çevrimi ile GrP üzerinde elektrokimyasal depozit edildi. Elektrokimyasal depozit işleminden sonra, elektrolit iyonlarının transferini artıran MnO2 nano çiçekleri oluştu. 10 döngü elektrodepozisyonundan sonra, MnO2 kaplı GrP (GrP / 10-MnO2) elektrotu, mükemmel bir kapasitif performans ve olağanüstü döngüsel stabilite sergiledi. GrP (negatif elektrot) ve GrP / 10-MnO2'den (pozitif elektrot) yapılmış esnek katı hal süperkapasitör test edildi; bu, olağanüstü kapasitans davranışı gösterdi (Bölüm III). Asidik şart altında heterojen bir bifazik sistem üzerinde tek adımlı ara yüz polimerizasyon tekniği ile polianilin (PANI) ile birleştirilen EG'nin üretilmesi için kolay bir strateji çalışılmıştır. EG ve PANI, EG yüzeyine aşılanmış PANI nanopartikülleri ile düzgün bir nanokompozit oluşturdu. Sonuçlar, imal edilen EG-PANI nanokompozitin, 1000 galvanostatik şarj-deşarj döngüsünden sonra yüksek bir spesifik kapasitans ve iyi bir kapasite tutma sergilediğini ortaya koydu. Bir katı-hal asimetrik süperkapasitör (SASc) cihazı, enerji depolama uygulamasını göstermek için EG (negatif elektrot) ve EG-PANI (pozitif elektrot) kullanılarak üretildi (Bölüm IV).
Özet (Çeviri)
Graphene (Gr) and its derivates have ignited tremendous research interest for a wide range of applications in the fields of electricity, energy generation and storage, sensors, water purification, medicine and more due to its superior properties. Gr can be prepared from graphite in many ways: mechanical cleavage, chemical exfoliation, thermal decomposition, or electrochemical exfoliation. Among these, electrochemical exfoliation, which is performed without the use of toxic, corrosive oxidizing/reducing agents, is a simple, rapid, and green method to produce graphene flakes. By taking advantage of its unique properties, electrochemically exfoliated graphene (EG)-based nanomaterials were fabricated for energy applications, specifically to be used in supercapacitor. A free-standing, highly flexible and conductive graphene paper (GrP) was fabricated via a simple, green, and inexpensive method. The fabrication process starts with electrochemical exfoliation of graphite as partially oxidized graphene suspension, which is then vacuum-filtered and air-dried. The thickness of GrP is controlled by adjusting the volume and/or concentration of partially oxidized graphene suspension used for filtration. The procedure does not warrant any binders, toxic and corrosive agents, or high temperature compared to common methods for fabrication of paper-like graphene platforms. The GrP possesses excellent mechanical and electrical properties. The GrP exhibits excellent electrochemical performance and superior capacitance retention compared to other paper-like graphene materials reported in the literature. Moreover, the GrP is an excellent absorbent of oils and organic solvents and is reusable. Therefore, this environmentally friendly GrP fabrication method can be used for large-scale fabrication for applications such as energy-storage devices, flexible/wearable electronics, and removal of oil or toxic organic spills (Chapter II). In order to improve capacitance behavior of GrP, a pseudocapacitive material, manganese dioxide (MnO2), was electrochemically deposited on GrP with different number of MnO2 cycles. After electrochemical deposition process, MnO2 nanoflowers were formed, which enhanced transfer of electrolyte ions. After 10 cycles of electrodeposition, MnO2-coated GrP (GrP/10-MnO2) electrode exhibited an excellent capacitive performance and outstanding cyclic stability. Flexible solid-state supercapacitor made of GrP (negative electrode) and GrP/10-MnO2 (positive electrode) was tested, which showed outstanding capacitance behavior (Chapter III). A facile strategy for the fabrication of EG intercalated with polyaniline (PANI) via one-step interfacial polymerization technique on a heterogeneous biphasic system under acidic condition was studied. EG and the PANI formed a uniform nanocomposite with the PANI nanoparticles grafted at the EG surface. Results revealed that the fabricated EG-PANI nanocomposite exhibited a high specific capacitance and good capacity retention after 1000 galvanostatic charge–discharge cycles. A solid-state asymmetrical supercapacitor (SASc) device was fabricated using EG (negative electrode) and EG-PANI (positive electrode), to demonstrate its energy storage application (Chapter IV).
Benzer Tezler
- Katkılanmış grafen temelli nanomalzemelerin nöral kayıt ve uyarım yeteneğinin araştırılması
Investigation of neural recording and stimulation capability of doped graphene-based nanomaterials
MUHAMMED ZAHİD DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEM BAYRAM
DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Fabrication and characterization of nickel oxide functionalized graphene oxide-polyacrylamide nanocomposites
Nikel oksit ile fonksiyonelleşmiş grafen oksit-poliakrilamid nanokompozitin üretimi ve karakteristik özelliklerinin incelenmesi
CUMHUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
- Enerji depolama uygulamaları için ikiboyutlu MOS2 esaslı nanokompozit serbest durabilen elektrotların geliştirilmesi
Development of two-dimensional MOS2-based nanocomposite free-standing electrodes for energy storage applications
BÜŞRA ÇETİNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT
- Optimization of graphene syntesis by electrochemical exfoliation of graphite
Grafitin elektrokimyasal yapraklanma yöntemi kullanılarak sentezinin optimize edilmesi
VAHİT KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL
DOÇ. DR. ZARİFE GÖKNUR BÜKE