شماره ركورد
34164
پديد آورنده
محمدجواد ميرزائي
عنوان
بررسي ساختار، ريزساختار و عملكرد الكتروشيميايي كامپوزيت CoS2/MoS2 مشتق شده از چارچوبهاي آلي-فلزي براي كاربرد به عنوان آند باتري سديم
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/29
استاد راهنما
سيدمرتضي مسعودپناه
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده مهندسي مواد و متالورژي
چكيده
براي غلبه بر چالشهاي ذاتي مواد ديكالكوژنيد فلزي بهعنوان آند در باتريهاي سديم-يوني، از جمله تغييرات فازي پيچيده، انبساط حجمي شديد و كاهش پايداري ساختاري در طي چرخههاي شارژ/دشارژ، يك راهبرد نوآورانهي رشد جهتدار MOF بر روي MOF با پشتيباني از گرافن اكسيد كاهشيافته (rGO) طراحي شد. در اين روش، ابتدا ميكروميلههاي Mo-MOF بهعنوان قالبهاي بلوري جهتدهنده براي رشد منظم ZIF-67 بهكار گرفته شدند و همزمان صفحات GO بهعنوان شبكهي رساناي سهبعدي در ساختار نيز حضور داشتند. پس از فرايند كربونيزاسيون و سولفيداسيون، نانوذرات CoS₂ و ميكروميلههاي MoS₂ بهصورت يكنواخت درون ماتريس رساناي rGO توزيع شدند و كامپوزيتي متخلخل و پايدار تشكيل دادند. ريزساختار و مورفولوژي نمونهها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفت و نتايج، تشكيل ساختاري يكنواخت و توزيع همگن فازهاي Co و Mo بر روي بستر rGO را نشان دادند. نقشهبرداري عنصري EDX توزيع يكنواخت عناصر Co، Mo، S و C را در سراسر ساختار تأييد كرد. نتايج پراش پرتو ايكس حضور فازهاي بلوري CoS₂ (مكعبي) و MoS₂ (ششگوشه) را آشكار نمود و كاهش پهناي قلهها دلالت بر بلورينگي مناسب نانوذرات داشت. طيفسنجي فوتوالكترون پرتو ايكس پيوندهاي Co–S، Mo–S و نيز حضور پيوندهاي C–N و C–S را تأييد كرد كه بيانگر دوپينگ همزمان نيتروژن و گوگرد در چارچوب كربني مشتق از ليگاندهاي MOF است. طيفسنجي رامان قلههاي مشخص مربوط به MoS₂ و CoS₂ را همراه با باندهاي D و G كربن نشان داد كه تشكيل شبكهي كربني با نقصهاي كنترلشده را تأييد ميكند. آزمون جذب–واجذب نيتروژن سطح ويژهي بالا و ساختار مزوحفرهاي را نشان داد كه براي نفوذ يون سديم و انتقال الكترون مناسب است. شبكهي سهبعدي rGO علاوه بر ايجاد رسانايي بالا، از تجمع نانوذرات جلوگيري كرده و انبساط حجمي را در طول چرخههاي شارژ/دشارژ جبران ميكند. قابل توجه است كه تبديل Mo-MOF به MoS₂ در منابع علمي بسيار نادر گزارش شده و همين موضوع نوآوري اين مسير را برجسته ميسازد. اتصال نزديك CoS₂ و MoS₂ در اين ساختار، مسير انتقال يون سديم را كوتاه كرده و سينتيك واكنش را بهبود ميبخشد. ارزيابيهاي الكتروشيميايي نشان ميدهد كه اين كامپوزيت ظرفيت ويژهي برگشتپذير چشمگيري برابر با حدود 540 ميليآمپر ساعت بر گرم در چگالي جريان 0.1 آمپر بر گرم پس از 90 چرخه دارد. همچنين عملكرد فوقالعادهاي در شارژ/دشارژ سريع با ظرفيت 291 ميليآمپر ساعت بر گرم در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم طي 500 چرخه با حفظ 61.39٪ از ظرفيت اوليه ارائه ميدهد. اين نتايج نشاندهندهي مزاياي همافزايي مهندسي ساختارهاي ناهمگن و استفاده از قالبهاي مشتقشده از MOF بوده و راهكاري عملي و قابل توسعه براي طراحي آندهاي پركارايي در باتريهاي سديم-يوني ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/23
عنوان به انگليسي
Investigation of the Structure, Microstructure, and Electrochemical Performance of CoS₂/MoS₂ Composite Derived from Metal–Organic Frameworks for Application as a Sodium-Ion Battery Anode
تاريخ بهره برداري
12/7/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدجواد ميرزائي
چكيده به لاتين
To address the intrinsic challenges of metal dichalcogenide-based anodes—namely complex phase transitions and severe volume fluctuations during cycling—we devised a novel MOF-on-MOF growth strategy supported by reduced graphene oxide (rGO). This approach enables the encapsulation of CoS₂ nanoparticles and MoS₂ microrods within a conductive and mechanically robust rGO matrix, forming a porous rGO/CoS₂/MoS₂ nanocomposite. The synthesis involves concurrent epitaxial growth of ZIF-67 on Mo-MOF rods and GO sheets, followed by carbonization and sulfidation. This process not only yields CoS₂ and few-layered MoS₂ as active materials but also introduces N/S heteroatom doping and residual carbon from MOF linkers, enhancing conductivity and structural integrity. Notably, the transformation of Mo-MOF into MoS₂ remains scarcely explored, underscoring the novelty of this route. The rGO framework plays a pivotal role in mitigating nanoparticle agglomeration and pulverization, buffering volume expansion, and facilitating rapid electron transport through its 3D network. The intimate coupling of CoS₂ and MoS₂ within this architecture shortens Na⁺ diffusion paths and accelerates reaction kinetics. Electrochemical evaluations reveal a high reversible specific capacity of ~540 mAh g⁻¹ at 0.1 A g⁻¹ after 90 cycles, and an ultrafast cycling capability of 291 mAh g⁻¹ at 1 A g⁻¹ over 500 cycles, with a capacity retention of 61.39%. These results highlight the synergistic benefits of heterostructure engineering and MOF-derived templating, offering a practical and scalable strategy for high-performance sodium-ion battery anodes.
كليدواژه هاي فارسي
چارچوبهاي فلزي-آلي
كليدواژه هاي لاتين
metal-organic frameworks (MOFs)
Author
Mohammad javad Mirzaei
SuperVisor
Dr, Morteza Masoudpanah