ساخت ابرخازن قابل شارژ نوري (خورشيدي) بر پايه رسوب سولفيدهاي‌ Mn، Ni و Co بر روي نانولوله‌هاي TiO2 و محاسبه ظرفيت كوانتومي نانولوله‌هاي TiO2 در حضور يون‌هاي منگنز و گوگرد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

چكيده اين مطالعه به بررسي جامع توسعه و بهينه‌سازي ابرخازن‌هاي قابل شارژ نوري پرداخته و تحقيقات تجربي و تحليل‌هاي نظري را تركيب مي‌كند. پژوهش به چالش ايجاد فتوآندهاي كارآمد انرژي با فعاليت‌هاي نوري و الكتروشيميايي براي تبديل و ذخيره‌سازي همزمان انرژي خورشيدي مي‌پردازد. به‌طور تجربي، اين مطالعه بر روي مواد فتوآند نوآورانه از جمله سولفيد كبالت-منگنز، سولفيد منگنز-نيكل، و سولفيد نيكل-كبالت كه بر روي نانولوله‌هاي TiO2 (TNTs) قرار داده شده‌اند، و همچنين كامپوزيت جديد سولفيد كبالت-نيكل-منگنز (MNCST) بر روي TNTs تمركز دارد. تكنيك‌هاي پيشرفته‌اي نظير XRD، FE-SEM، TEM، HRTEM-EDX، Uv-Vis، ESI و XPS براي تحليل ويژگي‌هاي مورفولوژيكي، ساختاري، نوري و الكتروشيميايي مواد تهيه شده به كار گرفته شده است. نتايج تجربي چندين يافته كليدي را آشكار ساخت. فتو-ASC مبتني بر سولفيد كبالت-منگنز افزايش ظرفيت حدود 70٪ تحت تابش نور در 2/42 ميلي فاراد بر سانتيمتر مربع و ذخيره پايدار شارژ در طي چرخه‌هاي بلندمدت (~4% كاهش ظرفيت پس از 5000 چرخه) را نشان داد. نانوساختارهاي سولفيد منگنز-نيكل بر روي TNTs حساسيت نوري برتري را نشان دادند كه با افزايش قابل‌توجه ظرفيت ويژه ناحيه‌اي در هنگام تابش نور همراه بود. يك ابرخازن نوري نامتقارن حالت جامد (ASSPS) با استفاده ازMnNiS-3/TN به عنوان فوتوآند افزايش ظرفيت بالايي تحت تابش، نگهداري برجسته ظرفيت و چگالي انرژي عالي تحت تابش نور نشان داد. الكترود NCS@TNT-1 بالاترين ظرفيت تا 6/471 ميلي فاراد بر سانتيمتر مربع را با افزايش دو برابري ظرفيت ويژه در تابش نور، حدود 11 برابر بيشتر از TNTs خالص نشان داد. TNTs پوشيده‌شده با Mn-Ni-Co-S فعاليت نوري و كارايي جدايش بار برتري را نشان دادند كه در آنMNCST4 بالاترين چگالي جريان و فوتوولتاز را به دليل اثر هم‌افزايي سولفيدهاي سه‌گانه و TNTs داشت. اندازه‌گيري‌هاي ولتامتري چرخه‌اي در شرايط تاريك و روشن عملكرد الكتروشيميايي بهبود يافته MNCST4 را تأييد كرده و پتانسيل آن براي كاربردهاي فتو-الكتروشيميايي را نشان داد. تحليل نظري نتايج تجربي را با نشان دادن پايداري بيشتر يون‌هاي Mn²⁺ روي نانولوله‌هاي دي‌اكسيد تيتانيوم در مقايسه با يون‌هاي Mn³⁺ و Mn⁴⁺ تأييد كرد. تركيب يون‌هاي Mn²⁺ و S²⁻ منجر به تغييرات قابل‌توجهي در چگالي حالات (DOS) نانولوله‌ها شد كه با استفاده از سه يون S²⁻ و يك يون Mn²⁺، ظرفيت بهينه‌اي به دست آمد كه نشانگر افزايش 64 درصدي نسبت به نانولوله‌هاي خالص بود. اين مطالعه روش‌هاي تجربي و نظري را براي درك بهتر ابرخازن‌هاي قابل شارژ نوري تركيب كرده و به پيشرفت فناوري‌هاي تبديل و ذخيره‌سازي انرژي خورشيدي كمك مي‌كند.

229627

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان