22320

بررسي ظرفيت كوانتومي گرافن عامل دار شده با تيونين به روش تئوري تابعي چگالي و سنتز و بررسي خواص نانوكامپوزيت گرافن اكسيد كاهش يافته/پلي آنيلين و نيكل اكسيد به روش بال ميل به عنوان الكترود ابرخازن

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

98-99

1399/3/10

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

دكتر زهرا خدادادي

شيمي

چكيده در 25 سال آينده، تقاضاي انرژي با افزايش مداوم مصرف سوخت‌هاي فسيلي به حداقل 35% بيش از مقدار مصرف كنوني خواهد رسيد. اين مسئله فشارهاي زيادي را بر منابع انرژي‌ تجديدناپذير وارد مي‌كند و به ميزان زيادي آب و هواي زمين را تحت تأثير قرار مي‌دهد. ابرخازن‌ها با دارا بودن چگالي انرژي و توان بالا، قابليت جابه‌جايي و چرخه عمر مطلوب، هسته‌هاي تكنولوژي آينده هستند. گرافن به دليل دارا بودن مساحت سطح ويژه بالا، رسانايي الكتريكي فوق العاده، پايداري الكتروشيميايي و مكانيكي و قيمت نسبتا پايين به وفور به عنوان الكترود ابرخازن مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اما با اين حال، گرافن نسبت به ساير مواد الكترودي ظرفيت كمتري را نشان مي‌دهد. در اين مطالعه سعي كرديم با به كارگيري روش‌هاي محاسباتي و عامل‌دار كردن گرافن با تيونين كه يك رنگدانه آلي است، ظرفيت كوانتومي گرافن را افزايش دهيم. همچنين با عامل‌دار كردن تيونين با گروه‌هاي عاملي الكترون دهنده و الكترون گيرنده و سپس قرار دادن آن‌ها روي صفحه گرافن توانستيم ظرفيت كوانتومي و ميزان بار ذخيره شده روي آن را نسبت به گرافن خالص به طور چشمگيري افزايش دهيم. در نتيجه نيز مشخص شد تيونين‌هاي عامل‌دار شده با گروه‌هاي الكترون دهنده به عنوان الكترود مثبت يا كاتد و گروه‌هاي الكترون‌گيرنده به عنوان الكترود منفي يا آند مناسب هستند. همچنين به منظور افزايش ظرفيت دو لايه الكتروستاتيك گرافن، از طريق بررسي‌هاي آزمايشگاهي نانوكامپوزيت گرافن اكسيد كاهش يافته/ پلي آنيلين/ نيكل اكسيد (RGO/PANI/NiO) به روش بال ميل كه روشي غيرشيميايي و دوستدار محيط زيست است، سنتز شد و خواص الكتروشيميايي آن اندازه‌گيري شد. ظرفيت ويژه اين الكترود در چگالي جريان A/gr 1 برابر با F/gr 67/253 بود و 80% ظرفيت خود را تا 1000 چرخه شارژ و تخليه نگهداري كرد. كلمات كليدي: ابرخازن، ظرفيت كوانتومي، محاسبات DFT، بال ميل، گرافن

1399/05/27

DFT calculation of quantum capacitance of Thionine functionalized graphene and synthesis and characterization of reduced graphene oxide/nickel oxide/polyaniline ternary nanocomposites by ball milling as supercapacitor electrode

5/31/2021 12:00:00 AM

Abstract In the next 25 years, energy demand will continue to increase by at least 35% more than current consumption, with fossil fuel consumption steadily increasing. This puts a lot of pressure on non-renewable energy sources and greatly affects the Earth's climate. Supercapacitors with high energy density, mobility and optimum life cycle are the core of future technology. Graphene is used as a superconducting electrode due to its high surface area, excellent electrical conductivity, electrochemical and mechanical stability and relatively low cost. However, graphene shows less capacity than other electrode materials. In this study, we tried to increase the quantum capacity of graphene by using computational methods and functionalizing graphene with thionine, an organic pigment. By also functionalizing thionine with electron donor and electron acceptor functional groups and then placing them on the graphene sheet, we were able to dramatically increase the quantum capacity and the amount of charge stored on it relative to pure graphene. The results also showed that thionines functionalized with donor groups as positive electrode or cathode and electron acceptor groups as negative or anode electrode are suitable. Also, in order to increase the electrostatic double-layer capacity (EDLC) of graphene, we were synthesized RGO/PANI/NiO nanocomposites by ball-milling method which is a non-chemical and environmentally friendly method. Then we were measured its electrochemical properties. The specific capacitance of the electrode at 1 A/gr current density was 253.67 F/gr and maintained 80% of its capacity up to 1000 charge and discharge cycles. Key words: supercapacitors, quantum capacitance, DFT calculation, ball mill, graphene