عنوان

سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت های اکسید /سولفید فلزی بر پایه ی ترکیبات کربنی و بررسی رفتار ابرخازنی آنها,.‮‭Synthesis and Characterization of Metal Oxides/Sulfides Nanocomposites Based on Carbon Materials and Investigating Their Supercapacitor Behaviors‬

Number

‭۲۲۱۰۵پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت های اکسید /سولفید فلزی بر پایه ی ترکیبات کربنی و بررسی رفتار ابرخازنی آنها

Parallel Title Proper

.‮‭Synthesis and Characterization of Metal Oxides/Sulfides Nanocomposites Based on Carbon Materials and Investigating Their Supercapacitor Behaviors‬

First Statement of Responsibility

/لاله صالح قدیمی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: شیمی

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۸‬

Name of Manufacturer

، راشدی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۷۹‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

شیمی آلی

Date of degree

‮‭۱۳۹۸/۰۶/۲۰‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

نانوکامپوزیت جامد چندفازی است که یک یا چند فاز آن ابعادی در اندازه نانومتر دارند .این امر منجر به خواص منحصربه‌فردی در مقایسه با کامپوزیت‌های مرسوم می‌شود .خواص بهبودیافته نانوکامپوزیت‌ها شامل خواص مکانیکی بهتر، مقاومت شیمیایی بالا، نسبت سطح به حجم بالا در لایه مشترک و در نتیجه واکنش‌پذیری بالای سطح آن‌ها می‌شود .امروزه با توجه به نیاز روز افزون جوامع بشری به انرژی و محدود بودن منابع فسیلی، انرژی های تجدیدپذیر بیش از هر زمان دیگری مورد توجه و اهمیت قرار دارند .ابرخازن‌ها به عنوان یک سیستم ذخیرة انرژی متفاوت، قادر به ذخیره‌سازی و تحویل انرژی با دانسیتة توان بالا و عمر مفید طولانی هستند .در این رساله، چند نانوکامپوزیت متشکل از اکسید و سولفید فلزات واسطه وترکیبات کربنی گرافن، نانولوله های کربنی و نقاط کوانتومی کربن سنتز شده و رفتار الکتروشیمیایی آنها جهت کاربرد در ابزار ذخیرة انرژی الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است .نانوکامپوزیت های تهیه شده با روش های پراش اشعه ایکس‮‭(XRD)‬ ، طیف نگاری فوتو الکترونی اشعه ایکس‮‭(XPS)‬ ، طیف سنجی تبدیل فوریه زیر قرمز‮‭IR)- (FT‬، میکروسکوپ الکترونی روبشی‮‭SEM)- (FE‬، میکروسکوپ الکترونی عبوری‮‭(TEM)‬ ، طیف سنجی رامان ‮‭(Raman)‬ و آنالیز توزین حرارتی ‮‭(TGA)‬ مورد مطالعه قرار گرفتند .سپس کاربرد آن در ابرخازن ها با انجام تستهای الکتروشیمیایی نظیر ولتامتری چرخه ای، شارژ- دشارژ گالوانیک و امپدانس الکتروشیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفت .بررسی های صورت گرفته در این رساله نشان داد ترکیبات کربنی در پایداری چرخه ای و ظرفیت خازنی مواد تهیه شده موثر است.در ابتدا مواد کربنی دوپه شده با نیتروژن حاوی فریت منگنز‮‭CPANI) - (MnFe۲O۴‬با کلسینه کردن نانوکامپوزیت منگنز فریت-پلی آنیلین که در آن نانوذرات روی سطح بستر کربن پوشانده شده بودند، سنتز شدند .کامپوزیت ماده کربنی دوپه شده با نیتروژن به عنوان ماده خازن دولایه الکتریکی با فریت منگنز به عنوان ماده شبه ابرخازنی این ترکیب را به یک ماده الکترودی با کارایی بالا برای کاربردهای ابرخازن تبدیل می کند .ظرفیت خازنی به دست آمده برای این نانوکامپوزیت‮‭۳۲۹ -F.g‬ ‮‭۱‬در دانسیته جریان‮‭A.g‬- ‮‭۱‬ ‮‭۱‬بوده و پایداری چرخه ای ‮‭۹۷‬ از خود نشان داد .سل متقارن این ماده دارای بالاترین دانسیته انرژی‮‭۳/۱۳ - Wh.kg‬ ‮‭۱‬در دانسیته توان‮‭۲۹۸-W.kg‬ ‮‭۱‬می باشد .سپس با وارد کردن عنصر کبالت به ساختار منگنز فریت و بر اساس نتایج شناسایی مواد و مطالعات الکتروشیمیایی اکسید سه تایی تهیه شده ‮‭(CoMnFeO۴)‬ به دو روش هیدروترمال و سل-ژل، اکسید تهیه شده به روش هیدروترمال دارای ظرفیت ویژه بالاتر) حدود دو برابر (نسبت به اکسید دوتایی تهیه شده در کار قبل می باشد .کامپوزیت این ماده با نانولوله های کربنی باعث افزایش ظرفیت خازنی به‮‭۱۳۱۰ - F.g‬ ‮‭۱‬دردانسیته جریان‮‭A.g‬ - ‮‭۱‬ ‮‭۱‬و پایداری چرخه ای ‮‭۷۷‬ گردید .در ادامه این رساله، با مطالعه روی نانوکامپوزیت کبالت سولفید تشکیل یافته بر روی ترکیب گرافن اکسید کاهش یافته /نانولوله های کربنی ‮‭(Co۳S۴ /rGO / CNT)‬ ، اثر هم افزایی در بین اجزای نانوکامپوزیت باعث می شود تا نانوکامپوزیت‮‭Co۳S۴ -CNT۵۰- rGO۱۰۰‬به یک ماده الکترودی مناسب برای کاربرد های ابرخازنی تبدیل شود .سل نامتقارن این نانوکامپوزیت با گرافن اکسید دوپه شده با نیتروژن‮‭GO)-Co۳S۴//N-CNT۵۰- (rGO۱۰۰‬، حداکثر دانسیته انرژی و دانسیته توان‮‭۵/۴۳ - Wh.kg‬ ‮‭۱‬و‮‭۶/۹ - W.kg‬ ‮‭۱‬را به ترتیب از خود نشان داد .در پایان به منظور مطالعه تاثیر نقاط کوانتومی کربن بر رفتار ماده الکترودی، نانوکامپوزیت سولفید کبالت با نقاط کوانتومی کربن ‮‭(CQDs/CoS۲)‬ برای اولین بار سنتز شده و ظرفیت ویژه‮‭۸۵۶ - F.g‬ ‮‭۱‬دردانسیته جریان‮‭A.g‬ - ‮‭۱‬ ‮‭۱‬و پایداری چرخه ای ‮‭۲/۹۴‬ برای این ماده به دست آمد

Text of Note

Nanocomposite is a multi-phase solid that one or a few phases have nanometer dimensions. This results in unique properties compared to conventional composites. The improved properties of nanocomposites include better mechanical properties, high chemical resistance, high surface-to-volume ratios, and consequently their high surface reactivity. Nowadays, due to the need increasing of human societies for energy and the limited availability of fossil fuels, renewable energies are more important than ever. As a different energy storage system, supercapacitors can store and delivering energy at high power density and long service life. In this thesis, several nanocomposites composed of transition metal oxide and sulfides, graphene, N-doped carbon compounds, carbon nanotubes and carbon quantum dots have been synthesized and their electrochemical behavior for application in electrochemical energy storage devices has been investigated. The as-prepared nanocomposites were studied by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy and thermal gravimetry analysis (TGA). Then their applications in supercapacitors were evaluated by electrochemical tests such as cyclic voltammetry, galvanic charge-discharge and electrochemical impedance. Studies in this paper have shown that carbon compounds are effective in the cyclic stability and capacitance of materials prepared. First, nitrogen-doped carbon materials containing manganese ferrite were synthesized by calcining the manganese ferrite-polyaniline nanocomposite in which the nanoparticles were coated on the carbon substrate surface. A combination of nitrogen-doped carbon material as EDLC material with MnFe2O4 as the pseudocapacitance bring out this nanocomposite as a high-performance carbon electrode material for supercapacitor (capacitance of 329 F.g-1 at 1 A. g-1 and 97 cyclic stability). The symmetric device of this material demonstrated the highest energy density of 13.3 Wh kg-1 at the power density of 1298 W kg-1. Then by incorporating the cobalt element into the manganese ferrite structure and based on the results of material identification and electrochemical studies of ternary oxide prepared by hydrothermal and sol-gel methods, the oxide prepared by hydrothermal method has a higher specific capacity (about twice) than the binary oxide prepared in the previous work. The composite of this oxide with carbon nanotube increased the capacitance to 1310 F.g-1 at 1 A. g-1 and 77 cyclic stability. In continue, by studying the Co3S4 nanocomposite formed on rGO / CNT, the synergistic effect between rGO, CNT and Co3S4 electroactive materials makes the rGO100-CNT50-Co3S4 nanocomposite a suitable electrode material for superconducting applications. Asymmetric device of rGO100-CNT50-Co3S4 // N-doped graphene, expressed maximum energy and power density of 5/43 Wh.kg-1 and 6.9 kW.kg-1. Finally, in order to study the effect of carbon quantum dots on the behavior of electrode material, CQDs / CoS2 nanocomposites were synthesized for the first time and a specific capacity of 856 F.g-1 at 1 A. g-1 and 94.2 cyclic stability was reported for this novel nanocomposite

Parallel Title

.‮‭Synthesis and Characterization of Metal Oxides/Sulfides Nanocomposites Based on Carbon Materials and Investigating Their Supercapacitor Behaviors‬

صالح قدیمی، لاله

Saleh Ghadimi, Laleh

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی