Electrochemical analysis of vanadium doped zinc sulfide
Vanadyum katkılı çinko sülfürün elektrokimyasal analizi
- Tez No: 967838
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRE ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Bu tez, süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak kullanılmak üzere çökelme yöntemiyle sentezlenen vanadyum katkılı çinko sülfür (ZnS:V) nanoparçacıklarının yapısal, optik ve elektrokimyasal özelliklerini araştırmaktadır. Geniş bant aralığına sahip, sınırlı elektriksel iletkenlik ve kapasitansa sahip bir yarıiletken olan ZnS'nin elektrokimyasal performansını artırmak amacıyla %0.3–1 oranlarında vanadyum ile katkılanmıştır. X-ışını kırınımı (XRD) analizi, vanadyum katkılanması sonucu oluşan hafif örgü bozulmalarıyla birlikte kübik sfalerit yapısını doğrulamıştır. UV–Vis spektroskopisi ise sp–d değişim etkileşimleri ve Burstein–Moss etkisi nedeniyle bant aralığında modülasyon olduğunu ortaya koymuştur. Tarama geçirimli elektron mikroskobu (STEM) analizleri, küresel morfolojiye sahip, iyi dağılmış nanoparçacıklar göstermiştir. Elektron paramanyetik rezonans (EPR) spektroskopisi ise başarılı katkılama ve kusur oluşumunu gösteren karakteristik sinyalleri tespit etmiştir. Fotolüminesans (PL) analizi, taşıyıcı yeniden birleşimini etkileyen içsel ve katkı kaynaklı durumların varlığını destekleyen kusur ilişkili emisyonlar göstermiştir. Elektrokimyasal karakterizasyon; çevrimsel voltametri (CV), potansiyostatik elektrokimyasal empedans spektroskopisi (PEIS) ve galvanostatik şarj–deşarj (GCPL) teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. CV ve Dunn analizi, vanadyum katkılamasıyla birlikte kapasitif ve difüzif katkılarda önemli bir artış olduğunu ve bunun, artan redoks aktivitesi ile iyileşen iyon difüzyonuna atfedildiğini göstermiştir. PEIS sonuçları, katkılı örneklerde yük transfer direncinde ve Warburg empedansında belirgin bir azalma olduğunu, bunun da gelişmiş elektriksel iletkenlik ve kolay iyon taşınımına işaret ettiğini ortaya koymuştur. Genel olarak, vanadyum katkılama, ZnS elektrotlarının özgül kapasitansını, hız kabiliyetini ve yük depolama mekanizmalarını önemli ölçüde iyileştirmiştir. Bu çalışma, ZnS tabanlı elektrotların elektrokimyasal performansını artırmak için kusur mühendisliği ve vanadyum katkılamanın etkili stratejiler olarak potansiyelini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the structural, optical, and electrochemical properties of vanadium-doped zinc sulfide (ZnS:V) nanoparticles synthesized via precipitation synthesis for application as electrode materials in supercapacitors. ZnS, a wide bandgap semiconductor with limited intrinsic conductivity and capacitance, was doped with varying concentrations of vanadium (0.3–1%) to enhance its electrochemical performance. X-ray diffraction (XRD) analysis confirmed the cubic sphalerite structure with slight lattice distortions induced by vanadium incorporation, while UV–Vis spectroscopy revealed band gap modulation due to sp–d exchange interactions and the Burstein–Moss effect. Scanning transmission electron microscopy (STEM) demonstrated well-dispersed nanoparticles with spherical morphology, and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy detected characteristic signals indicating successful doping and defect formation. Photoluminescence (PL) analysis showed defect-related emissions, supporting the presence of intrinsic and dopant-induced states influencing carrier recombination. Electrochemical characterization was performed using cyclic voltammetry (CV), potentiostatic electrochemical impedance spectroscopy (PEIS), and galvanostatic charge–discharge (GCPL) techniques. CV and Dunn analysis revealed a substantial increase in both capacitive and diffusive contributions upon vanadium doping, attributed to enhanced redox activity and improved ion diffusion. PEIS results demonstrated a marked reduction in charge-transfer resistance and Warburg impedance in doped samples, indicating improved electronic conductivity and facile ion transport. Overall, vanadium doping significantly enhanced the specific capacitance, rate capability, and charge storage mechanisms of ZnS electrodes. This study highlights the potential of defect engineering and vanadium doping as effective strategies to enhance the electrochemical performance of ZnS-based electrodes for high-performance supercapacitor applications.
Benzer Tezler
- Vanadium-doped magnesium oxide nanoparticles as electrodes in supercapacitor devices
Vanadyum katkılı magnezyum oksit nanoparçacıkların elektrot olarak süperkapasitör cihazlarında kullanılması
ABDALLA HROUB
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiSabancı ÜniversitesiMühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ERDEM
- Fabrication and performance evaluation of anode-supported planar solid oxide fuel cells via tapecasting and co-sintering technique
Anot destekli düzlemsel katı oksit yakıt hücrelerinin şerit döküm ve sinterleme tekniği ile üretimi ve performans değerlendirmesi
AYŞENUR ESLEM KISA
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Sodyum iyon bataryalar için vanadyum katkılı katot malzemelerinin geliştirilmesi ve batarya performanslarının araştırılması
Development of vanadium-doped cathode materials for sodium-ion batteries and investigation of battery performance
EBRU ELEK
- Polimer, inorganik, hibrit sistemlere dayalı esnek elektrokromik filmlerin hazırlanması ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of polymer, inorganic, hybrid-based flexible electrochromic films and investigation of electrochromic properties
ESİN EREN
Doktora
Türkçe
2016
KimyaSüleyman Demirel ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL ÖKSÜZ
PROF. DR. GREGORY A. SOTZING