İleri fonksiyonel hibrit malzemelerin hazırlanması ve enerji uygulamaları
Preparation and energy applications of advanced functional hybrid materials
- Tez No: 971442
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEMİH GÖRDÜK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Enerji, Chemistry, Energy
- Anahtar Kelimeler: Enerji, fonksiyonel malzeme, Ftalosiyanin, MXene, süperkapasitör, Energy, functional material, MXene, Phthalocyanine, supercapacitor
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Anorganik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Teknolojinin hızla gelişmesi ve enerjiye olan ihtiyacın artması, enerji depolama sistemlerini kritik bir noktaya taşımıştır. Bu bağlamda, uzun çevrim ömrü ve yüksek kararlılık özellikleriyle süperkapasitörler, geleneksel enerji depolama cihazlarına kıyasla öne çıkmaktadır. İki boyutlu (2D) malzemeler arasında grafen uzun yıllardır ilgi odağı olmuşken, son yıllarda ortaya çıkan MXene malzemeleri, geçiş metali karbür, nitrür ve karbonitrürlerinden oluşan yapılarıyla grafene güçlü bir alternatif haline gelmiştir. MXene'ler yüksek elektriksel iletkenlik, mekanik esneklik, geniş yüzey alanı ve üstün elektrokimyasal performans gibi avantajları sayesinde süperkapasitör elektrotları için son derece uygun adaylardır. Ayrıca, yüzeylerinde bulunan –O, –OH ve –F gibi fonksiyonel gruplar sayesinde hidrofilik özellik gösterir, sulu çözeltilerde kolaylıkla dağılabilir ve kompozit yapılara kolayca entegre olabilirler. Bununla birlikte, ftalosiyaninler de geniş π-konjuge yapıları, yüksek kimyasal ve termal kararlılıkları sayesinde süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak değerlendirilebilecek önemli makrosiklik bileşiklerdir. Geçiş metalleri ile kompleks oluşturabilme yetenekleri, redoks aktiflikleri, kararlı film oluşturma kapasiteleri ve karbon bazlı malzemelerle oluşturdukları kompozitlerde sağladıkları sinerji, enerji depolama performansını önemli ölçüde artırmaktadır. Bu çalışmada, karboksilik asit fonksiyonel grupları içeren kobalt(II) ftalosiyanin (CoPc) ve nikel(II) ftalosiyanin (NiPc) bileşikleri kullanılarak MXene yapısı ile hibrit bir malzemenin geliştirilmesi amaçlanmıştır. MXene'in katmanlı yapısından kaynaklanan yığılma problemi, CoPc ve NiPc katkılarıyla azaltılarak hem agregasyonun önlenmesi hem de π-konjuge yapılar sayesinde aktif yüzey alanının artırılması hedeflenmiştir. Sentezlenen hibrit yapının yapısal ve morfolojik özellikleri çeşitli spektroskopik, kristalografik yöntemlerle incelenmiş; esnek süperkapasitör elektrotu olarak uygulanabilirliği dönüşümlü voltametri, elektrokimyasal empedans spektroskopisi ve şarj-deşarj testleri ile araştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
The rapid advancement of technology and the increasing energy demand have highlighted the critical importance of energy storage systems. In this context, supercapacitors stand out compared to conventional energy storage devices due to their long cycle life and high stability. Among two-dimensional (2D) materials, graphene has long been a focal point of research; however, recently discovered MXene materials, consisting of transition metal carbides, nitrides, and carbonitrides, have emerged as strong alternatives. MXenes are considered highly promising candidates for supercapacitor electrodes owing to their excellent electrical conductivity, mechanical flexibility, large surface area, and superior electrochemical performance. Furthermore, surface functional groups such as –O, –OH, and –F impart hydrophilicity, allowing MXenes to disperse easily in aqueous media and to integrate seamlessly into composite structures without compromising conductivity. Phthalocyanines, on the other hand, are macrocyclic compounds suitable for use in supercapacitor electrodes due to their extended π-conjugated structures and high chemical/thermal stability. Their ability to form complexes with transition metals, strong redox activity, stable film-forming capacity, and synergistic effects when combined with carbon-based materials significantly enhance energy storage performance. In this study, a hybrid material was designed by integrating cobalt(II) phthalocyanine (CoPc) and nickel(II) phthalocyanine (NiPc), both containing carboxylic acid functional groups, with the MXene structure. The aggregation problem associated with the layered structure of MXene was mitigated through CoPc and NiPc incorporation, aiming to prevent stacking while increasing the electroactive surface area via their π-conjugated systems. The structural and morphological properties of the synthesized hybrid were analyzed using various spectroscopic and crystallographic techniques. Its applicability as a flexible supercapacitor electrode was further investigated through cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, and galvanostatic charge–discharge tests.
Benzer Tezler
- Fonksiyonel grup içeren tetrapirol türevlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of tetrpyrolle derivatives containing functional groups
YAĞMUR ZEYNEP YURDAKUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN
DOÇ. DR. MUKADDES ÖZÇEŞMECİ
- Yüzey işlevsel nano karbon kullanılarak yeni nesil hibrit polimerlerin hazırlanması ve yapı- özellik ilişkilerinin araştırılması
Preparation of new generation hybrid polymers with surface functionalized nanocarbon and investigation of structural-property relationship
AYBER YILDIRIM
- Rational design and applications of advanced functional polymer gels
İleri fonksiyonel polimer jellerin rasyonel tasarımı ve uygulamaları
MERTCAN ER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN ORAKDÖĞEN
- Fonksiyonel nanokompozitlerin fotokimyasal yöntemle hazırlanması: elektromanyetik, dielektrik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of functional nanocomposites by photochemical method: investigation of electromagnetic, dielectric, and mechanical properties
GÖNÜL SAADET BATIBAY METİN
- Organik matrislerin de novo biyomineralizasyonu : kemik ve diş doku mühendisliğinde fonksiyonel biyomalzemelerin geliştirilmesi için yeni bir yöntem
De novo biomineralization of organic matrices: a new method to develop functional biomaterials for bone and dental tissue engineering
NURİYE NAZET GÜNGÖR