Heteroatom katkılı grafen kuantum nokta içeren nanokompozitlerin enerji depolama performanslarının incelenmesi
Investigation of energy storage performance of heteroatom doped graphene quantum dot based nanocomposites
- Tez No: 976720
- Danışmanlar: PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Süperkapasitör, Supercapacitor
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, enerji depolama sistemlerine yönelik olarak yüksek özgül kapasitans, enerji ve güç yoğunluğu ile uzun döngü ömrüne sahip dört bileşenli nanokompozit elektrot malzemelerinin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, hidrotermal yöntemle N-GKN yapıları sentezlenmiş; ardından bu yapılar üzerine Au, MnO₂ ve iletken polimer olarak PANI entegre edilerek, N-GKN–Au–MnO₂–PANI nanokompozitleri tez çalışması kapsamında geliştirilen iki farklı yaklaşımla hazırlanmıştır. Yöntem I'de tüm bileşenler tek adımda eşzamanlı olarak sentezlenmiş; Yöntem II'de bileşenler kontrollü bir biçimde kademeli olarak yapılandırılmıştır. Hazırlanan nanokompozitlerin yapısal ve morfolojik karakterizasyonları FTIR, UV-Vis, XRD, XPS, SEM, TEM ve BET analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Elektrot malzemelerinin elektrokimyasal performansları ise iki elektrotlu sistemde, CV, GŞD ve EIS yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, Yöntem II ile sentezlenen nanokompozit, 1 A/g akım yoğunluğunda 471.2 F/g özgül kapasitans değeri göstermiş; 10 A/g akım yoğunluğunda gerçekleştirilen 10000 döngü sonunda ise kapasitansının %93.1'ini korumuştur. Bu elektrot, CV analizine göre diğer elektrotlara (PANI, N-GKN-PANI, MnO₂–PANI, Au-MnO₂–PANI) kıyasla %11.4 ile %47.6; GŞD analizine göre ise %10.9 ile %88.7 oranında daha yüksek özgül kapasitans sergilemiştir. Ayrıca, enerji yoğunluğu açısından %10.8'le %88.5 arasında daha yüksek performans göstermiştir. Bu sonuçlar, nanokompozitlerin sentez stratejisinin ve bileşenlerin bir araya getirilme sırasının, elektrotların elektrokimyasal performansını doğrudan etkilediğini ortaya koymuştur. Özellikle Yöntem II'le bileşenlerin arayüzey etkileşimleri ve yüzey özellikleri daha kontrollü biçimde optimize edilmiş; bu sayede yük aktarım direnci azaltılmış ve iyon taşınımı etkin biçimde artırılarak elektrokimyasal performans geliştirilmiştir. Tez kapsamında geliştirilen N-GKN–Au–MnO₂–PANI nanokompozitleri, sentez parametreleriyle yapı–morfoloji–performans ilişkisi üzerindeki belirleyici rolü açık biçimde ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
In this doctoral thesis, the synthesis of ternary nanocomposite electrode materials possessing high specific capacitance, energy and power density, and long cycle life for energy storage systems was targeted. For this purpose, N-GQD were synthesized via hydrothermal method, and Au, MnO₂, and conducting polymer PANI were integrated onto N-GQD through two distinct approaches. Method I involved simultaneous one-step synthesis, while Method II involved controlled stepwise synthesis. Structural and morphological characterizations were performed using FTIR, UV-Vis, XRD, XPS, SEM, TEM, and BET analyses. Electrochemical performances were evaluated by CV, GCD, and EIS techniques in a two-electrode system. Method II yielded the highest performance, achieving a specific capacitance of 471.2 F/g at 1 A/g with 93.1% retention after 10000 cycles at 10 A/g. This electrode showed 11.4–47.6% higher capacitance (CV), 10.9–88.7% higher capacitance (GCD), and 10.8–88.5% higher energy density compared to other electrodes (PANI, N-GQDs, MnO₂–PANI, Au-MnO₂–PANI). These findings indicate the synthesis strategy and sequence in which the components are combined directly influence the electrochemical performance of electrodes. Particularly in Method II, the interface interactions and surface properties of the components were more effectively optimized, leading to reduced charge transfer resistance and enhanced ion transport, thereby improving the overall electrochemical performance. The nanocomposites developed in thesis demonstrate the critical role of synthesis parameters and methods in determining the structure–morphology–performance relationship.
Benzer Tezler
- Grafen-heteroatom temelli katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen üretiminde kullanımı
Graphene-heteroatom based catalysts and their application for hydrogen production
DUYGU AKYÜZ
Doktora
Türkçe
2019
EnerjiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA
PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA
- Heteroatom katkılı grafen sentezi, karakterizasyonu ve enerji depolama ve dönüşümü uygulamalarının araştırılması
Heteroatom-doped graphene synthesis, characterization and investigation of energy storage and conversion applications
ÇAĞDAŞ KIZIL
- Heteroatom katkili grafen içeren nanokompozitlerin enerji depolama performanslarının incelenmesi
Investigation of the energy storage performances of heteroatom doped graphene containing nanocomposites
HASAN ALTINIŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Heteroatom katkılı grafen temelli anot içeren yeni nesil sodyum iyon pillerin üretilmesi ve performanslarının incelenmesi
Production and performances examination of new generation sodium ion batteries containing heteroatom doped graphene based anode
ALİ İHSAN KÖMÜR
- Bağlayıcı kullanmadan üretilen molibden disülfür kaplı heteroatom katkılı grafen oksit elektrodların süperkapasitör malzemesi olarak kullanımı
Production of molybdenum disulfide-coated heteroatom-doped graphene oxide electrodes without binder and investigation of their use as supercapacitor material
AYŞE VİDAT HACINECİPOĞLU
Doktora
Türkçe
2025
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GENÇTEN