عنوان پایان‌نامه
فرآوری شیمیایی و شناسایی نانو مش های گرافن آلایش شده
- رشته تحصیلی
- مهندسی متالورژی و مواد
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1358;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81149;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1358;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81149
- تاریخ دفاع
- ۰۸ مرداد ۱۳۹۶
- دانشجو
- مسعود نظریان سامانی
- استاد راهنما
- سیدفرشید کاشانی بزرگ
- چکیده
- نانومش‌های گرافن یا گرافن سوراخ‌دار یکی از نانوساختارهای جدید گرافن است که سطح ویژه‌ی بالایی را در بین انواع ساختارهای متخلخل گرافن دارا می باشد. سوراخ‌های نانومتری بر روی صفحات گرافن موجب می‌شود که مسیرهای بیشتر نفوذ یون در حین واکنش‌های مختلف فراهم شده و مکا‌ن‌های واکنش‌پذیر الکتروشیمیایی، علاوه بر روی سطوح و در بین لایه‌های گرافن، در داخل حفرات نیز به مقدار زیاد فراهم گردد. در این پژوهش با استفاده از مواد اولیه ارزان و با قابلیت زیست محیطی مناسب گلوکز و دی سیان دی آمید (DCDA)، گرافن آلایش‌شده فرآوری شد و توزیع یکنواختی ازسوراخ‌های نانومتری به کمک دو راهکار مختلف در هنگام فرآوری شیمیایی بر روی ورقه‌های گرافن ایجاد شدند. در راهکار اول، حضور نقاط کوانتومی روتنیوم به عنوان کاتالیست فلزی موجب ایجاد کرنش فشاری موضعی بر روی صفحات گرافن شده و در راهکار دوم استفاده از اسید فسفریک به عنوان یک کاتالیست اسیدی موجب ایجاد سوراخ شد. دو محصول نهایی به عنوان الکترود در دو کاربرد الکتروشیمیایی استفاده شدند و متغیرهای اثرگذار بر فرآوری در هنگام آزمون‌های الکتروشیمیایی بهینه شد. ابتدا گرافن سوراخ‌دار آلایش‌شده با نیتروژن - نقاط کوانتومی روتنیوم برای اولین بار به عنوان الکترود کاتد در باتری لیتیوم- اکسیژن استفاده و ثابت شد که سوراخ‌های نانومتری و نقاط کوانتومی روتنیوم نقش بسیار مهمی در کاهش پلاریزاسیون شارژ الکترود کاتد در حین خواص سیکلی دارند. همچنین گرافن سوراخ‌دار آلایش دوگانه‌شده با نیتروژن و فسفر به عنوان الکترود در ابرخازن متقارن با ظرفیت و قابلیت نرخ‌پذیری بسیار زیاد در هنگام عملکرد با الکترولیت آلی در محدوده‌ی ولتاژی وسیع 3-0 ولت را ارائه کرد. در نتیجه، نتایج این پژوهش می‌تواند چشم‌انداز نوینی برای فرآوری، مشخصه‌یابی و ارزیابی خواص بهینه‌شده‌ی گرافن سوراخ‌دار برای کاربردهای مختلف فراهم کند.
- Abstract
- Graphene nanomesh (holey graphene or perforated graphene) is one the novel graphene nanostructures with high specific surface area among various porous graphene-based materials. The nanometric holes on the graphene sheets effectively enhance the possible ion pathways during various electrochemical reactions, and thus, provide additional reaction sites along with the surfaces or between the graphene layers. In this work, an N-doped graphene was produced using inexpensive and environment-friendly precursors of DCDA and glucose. Then, two different innovative approaches were employed to introduce in-plane holes over the whole graphene sheets. First, the presence of Ru quantum dots (Ru QDs) as a metal catalyst created local compressive strain on the sheets, and second, phosphoric acid was used as an acid catalyst, thereby creating evenly-distributed nanometric perforations. The final products from the mentioned strategies were applied for two distinct electrochemical applications; Ru QD/N-doped holey graphene (Ru QD/NHG) was used as a cathode electrode in Li-O2 batteries for the first time. It was found that the nanometric holes and Ru QDs effectively decreased the charge polarization. Besides, P,N dual doped holey graphene (PNHG) was applied in symmetric supercapacitors with very high capacitance and rate capability using organic electrolyte and extended 0-3 V potential range. As a consequence, the results presented in this study may shed additional light on the synthesis, characterization, and evalution of holey graphene materials’s properties for different applications. Keywords: Holey graphene, Chemical synthesis, Li-O2 battery, Doping, Supercapacitor.
