تاثير ناخالصي بر ويژگي و ظرفيت ابرخازن لايه دوگانه الكتريكي بر پايه مايعات يوني درون نانوحفرات كروي الكترود متخلخل با استفاده از نظريه تابعي چگالي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

در اين پايان نامه اثرات ناشي از حضور ناخالصي¬ها درون الكتروليت مايع يوني در ابرخازن لايه¬ي دوگانه الكتريكي در نانو¬حفرات كروي الكترود متخلخل با استفاده از نظريه¬ي تابعي چگالي مطالعه شده است. در مدل مورد بررسي ما آنيون¬ها¬¬ به صورت كرات سخت باردار مونومر¬ي و كاتيون¬ها به صورت زنجير¬ي متشكل از دو كره¬ي سخت با اتصالات مماسي در نظر گرفته شده¬اند. در واقع يكي از كرات در زنجيره كاتيون بار مثبت داشته و ديگري بصورت كره¬ي خنثي است در¬حالي¬كه ناخالصي¬ها بصورت كرات سخت خنثي مونومري مدل سازي شده¬ است. تاثير عوامل مختلف مانند پتانسيل الكتريكي اعمالي، غلظت ناخالصي درون مايع يوني، مقدار و محدوده¬ي برهمكنش ناخالصي با ديواره¬ي نانوحفره و شعاع نانو¬حفره كروي بر جذب و واجذب ناخالصي¬ها از نانوحفرات و ظرفيت ابر¬خازن لايه¬ي دوگانه الكتريكي مطالعه شده است. نتايج بدست آمده نشان مي¬دهد كه عدم تقارن شكل گونه¬ها¬ي يوني منجر به شكل نامتقارن براي منحني¬¬ها¬ي ظرفيت ويژه مي¬شود. همچنين ميزان جذب ناخالصي توسط نانو¬حفره كه به عوامل اشاره شده در بالا وابسته است، در مواردي مي¬تواند منجر به تغيير شكل منحني ظرفيت از زنگوله¬اي به كوهاني ¬شود. همچنين با اعمال پتانسيل¬ها¬ي الكتريكي تا اندازه¬¬اي مشخص كه برهمكنش¬ الكتروستاتيك بين ديواره نانو¬حفره و يون بر برهمكنش ناخالصي با ديواره غلبه كند، واجذب كامل ناخالصي¬ها از نانوحفره رخ مي¬دهد كه اين پتانسيل را پتانسيل جذب صفر ناخالصي ناميده¬ايم. در واقع در پتانسيل¬هاي بالا¬تر از پتانسيل جذب صفر ناخالصي، ناخالصي¬ها هيچ تاثيري بر مقدار ظرفيت و ساير خواص الكتروشيميايي سامانه ندارند. نتايج ظرفيت ديفرانسيلي براي مايع يوني ناخالص و متقارن اين پايان نامه با منحني‌ها¬ي مشابه در حفرات شكاف مانند مقايسه شده است. اگرچه تاثير ناخالصي در هر دو نوع حفره روندي مشابه دارد اما براي نانو¬حفره‌ كروي وا¬جذب كامل ناخالصي در پتانسيل¬ها¬ي الكتريكي كمتر¬ي اتفاق مي¬افتد. اين پديده مي¬تواند به دليل اثرات شديد¬تر محدوديت در نانوحفره¬¬ي كروي و در واقع محصور شدن مايع يوني در سه بعد ¬باشد. در بخش دوم اين پايان نامه، مايع يوني نامتقارن با اندازه¬هاي متفاوت گونه¬هاي يوني و ناخالصي¬ مدل سازي شده است بدين ترتيب كه هر دو سگمنت كاتيون هم اندازه و بزرگتر از مونومر آنيون است. تاثير ناخالصي با اندازه¬ها¬ي متفاوت از اندازه¬ا¬ي برابر با آنيون تا اندازه¬ها¬ي بزرگتر از هر سگمنت كاتيون بر خصوصيات الكتروشيميايي بررسي شده است. نتايج نشان مي¬دهد ناخالصي در تمامي اندازه¬¬هاي مورد مطالعه، سبب تغيير شكل منحني¬هاي ظرفيت ويژه از زنگوله¬اي به كوهاني شده است. همچنين مطالعه¬ي كميت گزينش پذير¬ي نانو¬حفرات باردار براي اين سامانه نشان مي¬دهد كه وقتي ناخالصي اندازه¬اي بسيار كوچك¬تر نسبت به يون مخالف دارد، در برخي از پتانسيل¬هاي الكتريكي منفي مي¬تواند جذبي قابل مقايسه با يون مخالف داشته باشد. در اين بخش همچنين اثر اندازه¬هاي متفاوت ناخالصي بر پديده¬هاي پوششي در سطح مشترك الكترود/مايع يوني شامل پوشش بيش از حد سطح الكترود و تقويت بار سطحي مطالعه شده است. در بخش نهايي نشان داده شده است كه حضور ناخالصي¬ با اندازه¬هاي متفاوت مي¬تواند منجر به تغيير ضخامت ناحيه¬ي اشترن شود كه تاثير بسزايي در تعيين ظرفيت كل ابرخازن لايه¬ي دوگانه الكتريكي دارد.

222478

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان