16689

16689

مطالعه اثر نقص ساختاري و گروه هاي عاملي بر ظرفيت كوانتومي ابرخازن¬هاي برپايه¬ي نانولوله هاي كربني (6,6) و (16,16) به روش محاسبات مكانيك كوانتومي

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

بهمن 1394

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

دكتر محمد صفي رحماني فر

شيمي

ابرخازن‌ها ازجمله وسيله¬هاي نوين ذخيره¬ي انرژي الكتريكي محسوب مي¬شوند كه بزرگ‌ترين مشكل آن‌ها در مقايسه با باتري، چگالي انرژي پايين آن‌هاست. اين مشكل در ابرخازن¬هاي برپايه¬ي نانولوله¬هاي كربني به¬دليل پايين بودن ظرفيت كوانتومي آن¬ها تشديد مي¬شود به همين دليل امروزه تحقيقات وسيعي جهت ايجاد تغيير در نانولوله¬هاي كربني به منظور افزايش ظرفيت كوانتومي انجام مي¬شود. با توجه به بررسي‌هاي قبلي انجام‌شده، نقص¬هاي ساختاري ازجمله نقص استون-والز و نقص تهي¬جاي¬دوگانه و همچنين عامل¬دار شدن تأثير به سزايي در ساختار الكتروني نانولوله‌هاي كربني دارد. بر همين اساس در اين تحقيق، بررسي تأثير نقص استون-والز و نقص تهي¬جاي¬دوگانه با دو جهت‌گيري متفاوت نوع 1(موازي با محور طولي نانولوله) و نوع 2(عمود بر محور طولي نانولوله) و عامل دار كردن كووالانسي توسط گروه¬هاي عاملي C6H4Cl,C6H4CH3 وCOOHدر نانولوله‌ي كربني آرميچر (6،6) و (16،16) بر روي ظرفيت كوانتومي انجام‌شده است. بررسي‌ها نشان مي¬دهد كه ايجاد نقص در ساختار نانولوله¬ها، موجب گستردگي چگالي حالات در اطراف سطح فرمي شده كه درنتيجه¬ي آن ظرفيت كوانتومي افزايش مي¬يابد كه در هر دو نانولوله جهت¬گيري نوع2 ظرفيت بهتري نسبت به نوع 1نشان مي¬دهد، به‌طوري‌كه ظرفيت كوانتومي از مقدار (F/g) 203 در نانولوله خالص (6،6) به مقدار (F/g) 380 با نقص استون-والز نوع¬2 و (F/g) 493 با نقص تهي¬جاي¬دوگانه نوع¬2 افزايش‌يافته است. همچنين در نانولوله¬ي (16,16) افزايش ظرفيت از مقدار (F/g) 205 در نانولوله خالص به مقدار (F/g) 309 با نقص استون-والز نوع¬2 و (F/g) 332 با نقص تهي¬جاي¬دوگانه نوع¬2 ديده مي¬شود. عامل دار كردن اين دو نانولوله با قطر متفاوت نيز،با توجه به افزايش چگالي حالات الكتروني، منجر به افزايش ظرفيت كوانتومي مي¬شود. بطوريكه در حضور گروه عاملي -COOH از مقدار اوليه (F/g) 196 در نانولوله¬ي (6،6) به مقدار (F/g) 1138 و از مقدار اوليه (F/g) 79 در نانولوله¬ي كربني (16,16) به مقدار (F/g) 930 افزايش ظرفيت كوانتومي مشاهده‌شده است.

1395/11/21

1/1/1900 12:00:00 AM

Supercapacitors are modern means of electrical energy storage, that the biggest problem in comparison with batteries is their low energy density. This problem of supercapacitor based on carbon nanotubes intensifies due to the low capacity of their quantum. That's why today, extensive research has been done to change in carbon nanotube to increase quantum capacity. According to previous studies conducted, Structural defects such as Stone-Wales defect an​d double-vacancy defect also functionalization have a significant effect on the electronic structure of carbon nanotubes. Accordingly, in this study, Effect of Stone-Wales defect an​d double-vacancy defect has been done with two different orientations type 1 (Parallel to the long axis of the nanotubes) an​d type 2 (Perpendicular to the long axis of the nanotubes) an​d Covalent functionalization by functional groups C6H4CH3, C6H4Cl an​d COOH in armchair carbon nanotube (6, 6) an​d (16, 16) on quantum capacitance. Studies show that defects in the structure of nanotubes caused density of states widespread around the Fermi area an​d therefore, quantum capacity increases an​d in both nanotubes Orientation of type 2 has better capacity than type 1, so that quantum capacitance Increased from 203 (F/g) in Pure nanotubes (6, 6) to 380 (F/g) by type 2 Stone-Wales defect an​d 493 (F/g) by type 2 double-vacancy defect. Also, in nanotubes (16, 16) has been seen increasing capacitance from 205 (F/g) in pure nanotubes to 309 (F/g) by type 2 Stone-Wales defect an​d 332 (F/g) by type 2 double-vacancy defect. Functionalization these nanotubes with different diameters based on increasing the density of electron states, increase the capacity of quantum. So that in the presence of -COOH, increasing the quantum capacitance has been seen from initial value 196 (F/g) in nanotubes (6, 6) to 1138 (F/g) an​d from initial value 79 (F/g) in carbon nanotubes (16, 16) to 930 (F/g).