31073

بررسي محاسباتي و آزمايشگاهي تركيبات آلي و كامپوزيت‌ آنها با برخي ساختار‌هاي دو بعدي كربني و مشتقاتشان جهت كاربرد در ابرخازنها

دكتري تخصصي (PhD)

شيمي- شيمي فيزيك

1398

1403/4/20

سيد مرتضي موسوي خوشدل

/

شيمي

در اين پژوهش، گرافن اكسايد (GO) با روش هامر سنتز شد و سپس با استفاده از تركيبات آلي تريس هيدروكسي متيل آمينو متان، گوانيدين و گلوتامين سطح گرافن اكسيد عاملدار شد، همچنين براي ايجاد ظرفيت شبه‌خازني در برخي از تركيبات سنتز شده، فلزات مس و نيكل بر روي سطح كامپوزيت‌ها كوئوردينه شده. مواد سنتز شده براي كاربرد به عنوان الكترود‌هاي جديدي در ابرخازنها مورد استفاده قرار گرفتند. مـواد سنتز شده با استـفاده از تسـت¬هاي شناسـايي طيف سنجي مادون قرمز، طيف سنج پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني، ميكروسكوپ الكتروني عبوري، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس، طيف سنجي رامان، تخلخل سنجي، مورد بررسي قرار گرفتند. خواص الكتروشيميايي با آزمايش‌هاي ولتامتري چرخه‌اي، شارژ- دشارژ در جريان ثابت و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي مطالعه شد. ظرفيت به‌دست آمده براي كامپوزيت‌هاي سنتز شده گرافن اكسيد/تريس هيدروكسي متيل آمينو متان، گرافن اكسيد/گلوتامين، گرافن اكسيد/گلوتامين/ مس، گرافن اكسيد/گلوتامين/ نيكل در مقايسه با مواد اوليه به‌كار گرفته شده، به ميزان قابل توجهي افزايش يافت. مقادير ظرفيت براي كامپوزيت‌ها به ترتيب 8/549، 612، 1838 و Fg-1 1136مي‌باشد. اين بهبود، ريشه در افزايش سطح كامپوزيت‌ها به دليل قرار گرفتن مولكول‌هاي آلي بر روي سطح گرافن اكسيد دارد كه مانع تجمع صفحات مي‌شود و ظرفيت لايه دو‌گانه را افزايش مي‌دهد. همچنين برخي از تركيبات باعث ايجاد واكنش‌هاي ردوكس شده‌اند. در بخش ديگري از پروژه با استفاده از روش‌هاي محاسباتي و طبق نظريه تئوري تابعي چگالي فاصله بين صفحات عاملدار شده، همچنين ظرفيت كوانتومي و برخي از خواص الكتروني تركيبات را مورد بررسي قرار داديم. بررسي‌ها نشان داد كه نمونه‌هاي كامپوزيتي عملكرد بهتري داشته‌اند و تاييدي بر بخش آزمايشگاهي بوده است.

1403/05/14

Computational and experimental study of organic compounds and their composites with some two-dimensional carbon structures and their derivatives for application in supercapacitors.

7/10/2025 12:00:00 AM

In this research, graphene oxide (GO) was synthesized by Hammer's method, and then the surface of graphene oxide was functionalized using organic compounds of tris hydroxymethyl aminomethane, guanidine, and glutamine. Also, to create pseudocapacitance in some of the synthesized compounds, copper and nickel metals were coordinated on the surface of the composites. The synthesized materials were used as new electrodes in supercapacitors. The synthesized materials are examined using Fourier-transform infrared, X-ray diffraction, scanning electron microscope, field emission scanning electron microscope, transmission electron microscope, energy dispersive X-ray, Raman spectroscopy, and bet analysis surface area. Electrochemical properties were determined by cyclic voltammetry, charge-discharge in constant current, and electrochemical impedance spectroscopy. The capacity obtained for the synthesized composites of graphene oxide/tris hydroxymethyl aminomethane, graphene oxide/glutamine, graphene oxide/glutamine/copper, and graphene oxide/glutamine/nickel was significantly increased in comparison with the raw materials used. The capacity values for composites are 549.8, 612, 1838, and 1136 Fg-1 respectively. This improvement is rooted in increasing the surface area of composites due to the placement of organic molecules on the surface of graphene oxide, which prevents the accumulation of sheets and increases the capacity of the double layer. Also, some compounds cause redox reactions. In another part of the project, using computational methods and according to the density functional theory, we investigated the distance between the functionalized sheets, the quantum capacity, and some electronic properties of the compounds. Investigations showed that the composite samples performed better and it was a confirmation of the laboratory part.

ابرخازن , گرافن اكسيد , ظرفيت لايه دو‌گانه , ظرفيت شبه خازني , ظرفيت كوانتومي , نظريه تابعي چگالي

supercapacitor , Graphene oxide , electric double layer capacitor , pseudocapacitance , quantum capacitance , density functional theory

Samira Mohammadi

Dr. Morteza Moosavi Khoshdel