26898

تعويض اتصال دهنده‌ها در چارچوب‌هاي فلز-آلي ايميدازولي به صورت پساسنتزي و بررسي اثر آن در كاربردهاي ابرخازني

كارشناسي ارشد

شيمي- شيمي معدني

1398

1400/12/15

وحيد صفري فرد - مرتضي مرادي البرزي

شيمي

با توجه به نياز جهاني به انرژي اوليه، ذخيره انرژي و مديريت آن از اهميت بالايي در زندگي امروزي برخورداراست.‌ ابرخازن‌ها (SCs) به‌عنوان يكي‌از‌اقتصادي‌ترين دستگاه‌ها براي ذخيره‌سازي انرژي الكتروشيميايي، مورد توجه قرار مي‌گيرند كه در آن مواد الكترود نقش كليدي در عملكرد آن¬ها دارند. ويژگي‌هاي چارچوب‌هاي فلز- آلي نسبت به ديگر مواد متخلخل،‌ ازجمله مساحت سطح بالاي اين تركيبات ‌مي‌باشد كه اين امر، اين تركيبات را براي فعاليت‌هاي الكترو شيميايي متمايز مي‌كند. چارچوب فلز-آلي، شامل مراكز فلزي مي¬باشد كه اتصال دهنده‌هاي آلي به صورت پل بين مراكز فلزي قرار گرفته‌اند. در‌اين پژوهش، بر روي چهار نوع چارچوب فلز-آلي با ساختار‌هاي زئوليت ايميدازولي ZIF-7وZIF-8،ZIF-9،ZIF-67 متمركز شده ايم كه هر كدام از آن¬ها را به روش مكانيكي سنتز كرده‌ايم. اين ساختار ها به ترتيب IF-9،ZIF-67 داراي فلز كبالت‌ وZIF-7،ZIF-8 داراي فلز روي هستند كه اتصال دهنده‌هاي آلي متفاوت بنزو ايميدازول و‌2 -متيل ايميدازول را دارا مي‌باشند.‌ سپس اصلاحات پساسنتزي از روش SAEL براي اين چهار ساختار اعمال شده و ZIF-7@ZIF-8،ZIF-8@ZIF- 7وZIF-9@ZIF-67،ZIF-67@ZIF-9 را به‌دست آوردايم.‌ ما در اين پژوهش سعي بر اين داشتيم كه با افزودن اتصال دهنده آلي متفاوت در ساختار هر كدام از چارچوب‌ها، به روش اصلاح پساسنتزي تغييراتي در ساختار آن‌ها ايجاد كنيم و ميزان تاثيرات آن را بر‌روي كاربرد الكتروشيمي و تغييرات ظرفيت در ابرخازن‌ها را مورد بررسي قراردهيم. براي شناسايي مواد از آناليز‌هايي همچونXRD براي تاييد سنتز ساختار، FT-IR براي شناسايي گروه‌هاي عاملي EDXو SEM براي تاييد مورفولوژي مواد وتوزيع عناصر در سطح ساختار استفاده شده است و همچنين براي كاربرد الكتروشيمي و رفتار ابرخازني مواد نيز بعد از لايه نشاني بر روي فوم نيكل، با روش‌هاي ولتامتري چرخه¬اي (CV)، شارژ -دشارژ در جريان‌هاي ثابت (CP)و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) در الكتروليت 6 مولار پتاسيم هيدروكسيد بررسي شده‌اند. بر‌اساس نتايج به‌دست آمده از بررسي‌هاي الكتروشيميايي، ظرفيت‌هاي به دست آمده براي هريك از اين چارچوب‌هاي اصلاح شده ZIF-7@ZIF-8، ZIF-8@ZIF-7 ، ZIF-9@ZIF-67، ZIF-67@ZIF-9 ‌به ترتيب (〖Fg〗^(-1)144،171،230و322) ‌مي‌باشد. ZIF-67@ZIF-9 به عنوان بهترين الكترود با ظرفيت ويژه (Fg-1322) وعملكرد الكتروشيميايي مناسب تر نسبت به الكترود ديگر از خود نشان داده است. سپس از اين الكترود به عنوان كاتد در سل نامتقارن استفاده شد و بعد از 3000 بار چرخه، پايداري چرخه اي 89% را فراهم نمود.

1401/06/06

Exchange linkers in metal-organic frameworks of Imidazole-based metal-organic frameworks and its effect on supercapacitor applications

3/6/2023 12:00:00 AM

In this research, we tried to changes in overall ZIF structure by adding an other linkers via post-synthetic modification and investigated the energy storage properties as a supercapacitor. To identify materials these analyzes Were performed, such as XRD to confirm the structure of synthesized, FT-IR and 13CNMR has been used to identify the functional groups, SEM images confirm the material morphology and the EDX spectrum for the distribution of elements in the structures. as well as for supercapacitor application, These tests were performed in KOH 6M as electrolyte, cyclicvoltametric methods (CV), Galvanostatic Charge Discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). As the best compound, ZIF-67 @ ZIF-9 at current density of 3 A/g, exhibited a high specific capacitance of 300 F/g. The next section describes the development of an asymmetric supercapacitor device using active carbon as the negative electrode and ZIF-67 @ 9 as the positive electrode. This device can provide a maximum specific energy of 8.1 Wh/kg and a maximum specific power of 16 kW/kg at gravimetric currents of 1 and 20 A/g, respectively, and retains 89 % of its capacitance after 3000 cycles.

چارچوب هاي فلز - آلي , ابر خازن , ظرفيت , سنتز مكانيكي , زئوليت ايميدازول , ولتامتري چرخه اي , شارژ - دشارژ در جريان‌هاي ثابت

MOF , Supercapacitor , capacity , mechanochemical synthesis , ZIF , CV , CP

Zahra Ebrahimi

Dr. Safarifard