عنوان

سنتز نانو کامپوزیت‌های هیبریدی جدید حاوی نقاط کوانتومی پلیمری و بررسی عملکرد آن‌ها به عنوان مواد الکترواکتیو در ابرخازن‌ها

شماره

پ۲۹۳۵۴

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

سنتز نانو کامپوزیت‌های هیبریدی جدید حاوی نقاط کوانتومی پلیمری و بررسی عملکرد آن‌ها به عنوان مواد الکترواکتیو در ابرخازن‌ها

نام نخستين پديدآور

فریبا علی‌مولا

نام ناشر، پخش کننده و غيره

شیمی

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۲

نام خاص و کميت اثر

۱۴۳ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

شیمی گرايش شیمی آلی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۲/۰۶/۲۸

متن يادداشت

نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر، نقاط کوانتومی مهم و منحصر به فردی هستند که هر دو ویژگی پلیمر‌ها و نقاط کوانتومی را به طور همزمان دارند و از پلیمرهای رسانا و نارسانا با تکنیک های پردازش مناسب ساخته می‌شوند. نقاط پلیمری کاربرد زیادی در مواد هیبریدی و نانوکامپوزیتی دارند، بنابرین نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمرها تمایل دارند با سایر نقاط کوانتومی و نانوذرات ترکیب شده و در نهایت نانومواد هیبریدی پیشرفته را تشکیل دهند. نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر دارای ویژگی‌های منحصر به فرد از جمله حلالیت در آب، امتزاج پذیری بالا، قابلیت اصلاح سطح آسان و رسانایی مطلوب هستند، بنابرین کاربرد فروان به عنوان سلول های خورشیدی، کاوشگر ها حسگرهای گازی، تصویر برداری زیستی، حامل دارو، سیستم‌های تولید و ذخیره انرژی از جمله باتری‌ها، پیل‌های سوختی و همچنین ابرخازن‌ها دارند. نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر دارای گروه‌های عمکردی فراوان در سطح خود می‌باشد که به نفوذ الکترولیت کمک کرده و موجب افزایش ظرفیت خازنی می‌شوند و از آنجایی که نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر تمایل زیاد به تشکیل کامپوزیت و مواد هیبریدی دارند، بنابراین محققین از کامپوزیت کردن این نقاط کوانتومی با بسیار از یون‌های فلزی، اکسید های فلزی و نانو مواد، نانو اکسید فلزی استفاده کرده اند. اکسید‌های فلزی و یون‌های فلزی دارای رسانایی ذاتی کم و همچنین سطح ویژه بسیار کمی هستند که کاربرد آن‌ها را برای ابر خازن‌ها محدود می‌سازد بنابرین برای بهبود این محدودیت از کامپوزیت کردن اکسید فلزات با نقاط کوانتومی از جمله نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر استفاده شده است. در این کار پژوهشی با استفاده از یک روش بسیار آسان و یک مرحله‌ایی به طور همزمان، نانو کامپوزیت‌هایی بر مبنای نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمرها/اکسید فلزات تهیه و خواص الکتروشیمایی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفتند و روش سنتز مورد استفاده در این پروژه سولوترمال بوده است. از آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش پرتو ایکس، طیف سنجی مادون قرمز برای شناسایی ساختار و همچنین از آنالیز فوتولومینسانس برای تایید خاصیت فوتولومینسانس نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمرها در نانوکامپوزیت‌ها استفاده شده است. برای بررسی خواص الکتروشیمیایی از جمله بهبود خواص ابرخازنی کامپوزیت از آنالیزهای شارژ و دشارژ گالوانواستاتیک، ولتامتری چرخه‌ای و همچنین طیف سنجی امپدانس در سیستم‌های سه الکترودی و دو الکترودی استفاده شده است. بررسی‌های انجام شده در این رساله نشان داد که خواص الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت‌های حاصل از نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر و اکسید فلزات از جمله ظرفیت خازنی آن‌ها نسبت به هر یک از اجزا بصورت جداگانه بدلیل اثر هم‌افزایی بین نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر و مواد معدنی بهبود یافته است. در ابتدا با استفاده از یک روش یک مرحله‌ای، نانوکامپوزیت جدید PDJA-Co3O4 با بازده کوانتومی %45/65، بر اساس نقطه کوانتومی بر مبنای پلیمر جفآمین و اکسید کبالت سنتز شد. نانوکامپوزیت PDJA-Co3O4 و PDJA به عنوان مواد الکترود تهیه شده که ظرفیت ویژه نانوکامپوزیت PDJA-Co3O4 5 برابر نسبت به، PDJA به دلیل اثر هم‌افزایی افزایش یافت. همچنین سل متقارن نانوکامپوزیت PDJA-Co3O4 ظرفیت ویژه F g-190 را در سرعت اسکن mV s-150 نشان داد. نانوکامپوزیت جدید PDs-CoO با بازده کوانتومی %61، بر اساس نقطه کوانتومی مبتنی بر پلیمر پلی اتیلن گلیکول دی اسید و اکسید کبالت سنتز شد. ظرفیت ویژه سل متقارن نانو کامپوزیت PDs-CoO نسبت به کار قبلی افزایش یافت و موجب افزایش ظرفیت ویژه بهF g-1 220 در سرعت اسکن mV s-150 شد همچنین یک سیستم توان پایین برای این نانو کامپوزیت تهیه شد که نتایج بدست آمده از خواص ابرخازنی را تایید کرد. در ادامه این رساله نانو‌کامپوزیت PDPJA-NiO که مبتنی بر نقاط پلیمری سنتز شده از پلیمر پلی اتیلن گلیکول و پلیمر جفامین و نیکل اکسید با بازده کوانتومی %84/78 و نانوکامپوزیت PDJA-NiO مبتنی بر نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر جفآمین و اکسید نیکل با بازده کوانتومی %2/82 تهیه شد که نتایج نشان داد که ظرفیت ویژه نانوکامپوزیت PDPJA-NiO به دلیل افزایش درصد کربن نسبت به نانوکامپوزت PDPJA-NiOافزایش یافت. همچنین سل های متقارن برای این دو نانوکامپوزیت تهیه شدند که سل‌های متقارن PDPJA-NiO/AC//AC/PDPJA-NiO و PDJA-NiO/AC//AC/PDJA-NiO حداکثر دانسیته انرژی Wh kg-1 26/37 و Wh kg-1 01/31 را نشان دادند. در پایان به منظور بررسی همزمان تاثیر هم‌افزایی و تاثیر افزایش درصد کربن در ساختار نقاط کوانتومی مبتنی بر پلیمر دو نانو کامپوزیت PDPJA-β-MoO3 و PDPJA-α-MoO3 سنتز شد. همچنین برای بررسی تاثیر گرافن سه بعدی در بهبود رفتار نانوکامپوزیت PDPJA-α-MoO3 با استفاده از روش یک مرحله‌ای نانوکامپوزیت PDPJA-α-MoO3-GO سنتز شد و سل متقارن نانوکامپوزیت PDPJA-α-MoO3-GO ساخته شد.

متن يادداشت

Polymer dots are important and unique quantum dots that simultaneously have the characteristics of polymers and quantum dots and are made of conductive and non-conductive polymers with appropriate processing techniques. Polymer dots are widely used in hybrid and nanocomposite materials, so polymer dots tend to be combined with other quantum dots and form nanoparticles and advanced hybrid nanomaterials. Polymer dots have unique properties such as water solubility, high miscibility, easy surface modification, and favorable conductivity, so they are widely used as solar cells, probes, gas sensors, bioimaging, drug delivery systems, and energy storage system, including batteries, fuel cells, and supercapacitors. Polymer dots have many functional groups on their surface that help electrolyte penetration and increase the capacitance since polymer dots have a high tendency to form composites and hybrid materials. Polymer dots have many functional groups on their surface that help the penetration of the electrolyte and increase the capacitance. Since polymer dots tend to form composites and hybrid materials, therefore researchers have used composites of these quantum dots with many metal ions, metal oxides, nanomaterials, and metal oxide nanoparticles. Metal oxides and metal ions have low intrinsic conductivity and little specific surface area, which limits their use for supercapacitors, so to improve this limitation, the composite of metal oxides with quantum dots, including polymer-based quantum dots, was used. In this work, nanocomposites based on polymer dots/metal oxides were prepared using an easy and one-step method, and their electrochemical properties were investigated. The synthesis method in this project is solvothermal. Transmission electron microscope and scanning electron microscope analyses, X-ray diffraction spectroscopy, and infrared spectroscopy have been used to identify the structure, also photoluminescence analysis to confirm the photoluminescence property of polymer dots. Galvanostatic charge and discharge analyses, cyclic voltammetry, and impedance spectroscopy in three-electrode and two-electrode systems have been used to investigate the electrochemical properties, including the improvement of the nanocomposite supercapacitor properties. The investigations carried out in this treatise showed that the electrochemical properties of nanocomposites obtained from polymer dots and metal oxides, including their specific capacitance compared to each component separately, were improved due to the synergistic effect between polymer dots and metal oxide. First, using a one-step method, a new PDJA-Co3O4 nanocomposite with a quantum yield of 65.45% was synthesized based on the Jeffamine polymer dot and cobalt oxide. PDJA-Co3O4 nanocomposite and PDJA were prepared as electrode materials, and the specific capacitance of PDJA-Co3O4 nanocomposite increased five times compared to PDJA due to the synergistic effect. Also, the symmetric cell of the PDJA-Co3O4 nanocomposite showed a specific capacitance of 90 F g-1 at 150 mV s-1. The new PDJA-Co3O4 nanocomposite with quantum efficiency of 61% was synthesized based on a polymer dot of polyethylene glycol diacid polymer and cobalt oxide. The specific capacitance of the symmetric cell of the PDs-CoO nanocomposite increased compared to the previous work, and the specific capacitance was increased to about 220 F g-1 at the scan rate of 150 mV s-1. Also, a low-power system was prepared for this nanocomposite, which confirmed the results obtained from the properties of supercapacitors. In the continuation of this treatise, PDPJA-NiO nanocomposite synthesized based on polymer dots of polyethylene glycol and Jeffamine polymer and nickel oxide with a quantum yield of 78.84 % and PDJA-NiO nanocomposite synthesized based on polymer dot of Jeffamine and nickel oxide with a quantum yield of 82.2 %. The results showed the specific capacitance of PDPJA-NiO nanocomposite due to the increase of carbon present is higher than the PDPJA-NiO nanocomposite. Also, symmetric cells were prepared for these two nanocomposites, which PDPJA-NiO/AC//AC/PDPJA-NiO and PDJA-NiO/AC//AC/PDJA-NiO symmetric cells have the maximum energy density of 137.26 Wh kg-1 and 131.01 Wh kg-1. Finally, the PDPJA-β-MoO3 nanocomposite and the PDPJA-α-MoO3 nanocomposite were synthesized to simultaneously investigate the effect of synergetic and the increasing carbon present in the structure of polymer dots. Also, to investigate the effect of three-dimensional graphene in improving the behavior of PDPJA-α-MoO3 nanocomposite was synthesized using a one-step method, PDPJA-α-MoO3-GO nanocomposit.

عنوان گونه گون

Synthesis of new hybrid nanocomposites containing polymer dots and investigation of their performance as electroactive materials in supercapacitors

عنصر شناسه اي

‏علی‌مولا،

عنصر شناسه اي

ارسلانی،

ساير عناصر نام

‏فریبا

ساير عناصر نام

‏ ناصر

کد نقش

تهیه کننده

کد نقش

استاد راهنما

عنصر شناسه اي

‏احدزاده،

عنصر شناسه اي

محمدی،

ساير عناصر نام

‏ایرج

ساير عناصر نام

‏ رضا

تاريخ

استاد مشاور

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏تبریز