مهندسي و طراحي نانوكامپوزيت هاي فسفيد، سولفيد، سلنيد فلزي و چهارچوب هاي فلز آلي و ارزيابي خواص ابرخازني آن‌ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

در بخش اول اين رساله، كامپوزيتي از مزوپور سيليسي نانو متخلخل SBA-15 و نانولوله¬هاي كربني چند ديواره ساخته شد و سپس اين كامپوزيت SBA-15/MWCNT در بلور¬هاي چهارچوب فلز آليNiCoCu-BTC سنتز شده توسط ليگاند تري كربوكسيليك اسيد جاسازي شد. هدف اصلي استفاده از اين سه ماده مختلف: اول، رسانايي بالاي نانولوله¬هاي كربني چند ديواره و دوم، دانسيته توان بالاي SBA-15 (به دليل مساحت سطح بالا، منافذ نانو متخلخل و بسيار منظم با ديواره¬هاي نانومتري) كه منجر به افزايش مكان¬هاي فعال، كاهش مسير نفوذ الكتروليت و تسريع در انتقال يون و الكترون دارد و سوم، دانسيته انرژي بالاي چهارچوب سه فلزي آلي كه به دليل حالت¬هاي مختلف اكسيداسيون واكنش¬هاي ردوكس غني¬تري را نسبت به واكنش هاي تك فلزي و دو فلزي ارائه مي¬دهند. كامپوزيت SAB-15/CNT@NiCoCu-BTC (SC@NCC-BTC) به عنوان ماده الكترودي كارآمد در ساخت ابر خازن¬هاي با كارايي بالا مورد استفاده قرار گرفت كه عملكرد عالي الكتروشيميايي با ظرفيت ويژه بالاي 868 كولن بر گرم را در دانسيته جريان A/g 0/1، قابليت سرعت¬پذيري و پايداري چرخه-اي عالي به¬دست آمد. در بخش دوم اين رساله، نانو ساختار گل مانند 3 بعدي FeCoCuP با استفاده از استراتژي دو مرحله¬اي هيدروترمال و سپس فسفريزاسيون سنتز شد. استفاده از فسفيدهاي سه فلزي در مقايسه با تك فلزي يا دو فلزي روش بسيار مطلوبي براي بهبود عملكرد ابرخازن¬ها است. با بررسي ميزان آهن دوپ شده در ساختار شبكه CoCuP ، يك الكترود بهينه FeCoCuP با سوزن¬هاي نانومتري سلسله مراتبي 3 بعدي به¬دست آمد، كه انتقال بار را در طي واكنش¬هاي ردوكس كاهش داد. بنابراين، براي ماده الكترودي FeCoCuP تهيه‌ شده ظرفيت ويژه 1290 كولن بر گرم محاسبه شد. همچنين، ابرخازن نامتقارن FeCoCuP//AC داراي دانسيته انرژي Wh/kg 5/61 در دانسيته توان W/kg 7/1201 و پايداري چرخه¬اي عالي است. در بخش سوم اين رساله، يك ساختار نانومكعب پوسته زرده (YSBs) NiCoSe2/Fe-NiCoSe2با مزاياي سه گانه با سلنيد سه فلزي FeCoNi به‌عنوان ميزبان سلنيد براي ابرخازن¬ها (SCs) با كارايي بالا بكار برده شد. با استفاده از مزاياي قابل توجه از جمله مورفولوژي يكنواخت، رسانايي الكتريكي، انتشار سريع الكتروليت، مساحت سطح فعال بالا، ويژگي نوع باتري عملكرد الكتروشيميايي الكترود NiCoSe2/Fe-NiCoSe2 YSBs داراي ظرفيت ويژه بالا 2/1091 كولن بر گرم در 1 آمپر بر گرم و عملكرد سرعت¬پذيري قابل قبول (55% در 20 آمپر بر گرم) همراه با پايداري چرخه¬اي بالا (85% بازيابي بعد از 5000 چرخه شارژ/دشارژ) را نشان مي¬دهد. علاوه بر اين، ابرخازن هيبريدي NiCoSe2/Fe-NiCoSe2 YSBs//AC به دانسيته انرژي بالاي 5/76 وات ساعت بر كيلوگرم در دانسيته توان 7/2378 وات بر كيلوگرم دست مي¬يابد. در بخش چهارم اين رساله، با استفاده از چهارچوب¬هاي فلز- آلي (MOFs) به¬عنوان الگوهايي با رويكرد قالب¬بندي متوالي(STA) ، ساختارهاي چند پوسته توخالي (HoMSs) نيكل/كبالت/ مس سولفيد دوازده وجهي را براي اولين بار به‌عنوان يك الكترود پيشرفته جديد با خواص الكتروشيميايي برتر براي ابرخازن¬هاي نامتقارن با عملكرد بالا سنتز شد. الكترود NCCS-HoMS داراي ظرفيت ويژه بالا 975 كولن بر گرم، قابليت سرعت¬پذيري و پايداري چرخه¬اي خوب است (%4/89 بازيابي پس از 5000 چرخه). علاوه بر اين، يك ابرخازن نامتقارن NCCS-HoMS//AC داراي ظرفيت ويژه بالاي برابر 280 فاراد بر گرم در دانسيته جريان 1 آمپر بر گرم ، با دانسيته انرژي بالاي 5/87 وات ساعت بر كيلوگرم و دانسيته توان 6/2807 وات بر كيلوگرم است. در بخش پنجم اين رساله، گرافن اصلاح شده با كيفيت بالا (HQG) به¬عنوان بستري براي هسته سازي و رشد نانو ورقه‌هاي چهارچوب فلز آلي(NiCo-MOF) مورد استفاده قرار گرفت. با اصلاح سطح توسط گلوكز گروه¬هاي عاملي هيدروكسيل و كربوكسيل در سطح تشكيل شد كه تعامل بين HQG و NiCo-MOF را افزايش داد. توانايي نانوساختار به عنوان ماده الكترودي ابرخازن در دو پيكربندي دو و سه الكترودي در دو نوع الكتروليت آبي پتاسيم هيدروكسيد و پتاسيم هيدروكسيد حاوي Fe(CN)6 +3/+4 مورد ارزيابي قرار گرفت. ظرفيت خازني ويژه نانوكامپوزيت 8/3773و 3/4077 فاراد بر گرم در نوع الكتروليت آبي پتاسيم هيدروكسيد و پتاسيم هيدروكسيد حاوي Fe(CN)6 +3/+4 مي¬باشد. همچنين ابرخازن نامتقارن AC//GM-LEG@NiCo-MOF ظرفيتي برابر با 244 فاراد بر گرم همراه با دانسيته انرژي معادل 3/76 وات ساعت بر كيلوگرم از خود نشان داد.

212443

تجزيه

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

بهزاد رضايي

محمد تقي جعفري، اسماعيل حيدري بفروئي، پرويز نوروزي

علي اصغر انصافي