Grafen oksit katkılı polianilin (PANI) ince filmlerin elektrokimyasal ve süperkapasitör özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Grafen oksit@polianilin/Fluor katkılı kalay oksit (GO@PANI/FTO) kompozit elektrotlar, elektrokimyasal depolama yöntemi ile üretildi. GO, Hummers metodu ile grafit tozlarından sentezlenmiştir. Elektrotların yüzey analizleri taramalı elektron mikroskopu (FESEM) ile incelenmiştir. Elektrotlarda bulunan fonksiyonel grupların varlığı Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile araştırılmıştır. Elektrotların Mott-Schottky (MS) analizleri yapılarak elektrotların enerji band yapıları tespit edilmiştir. Elektrotların yasak enerji aralıkları, ultraviyole-görünür spektroskopi (UV-VIS) ölçümleri ve Tauc yaklaşım metodu kullanılarak hesaplandı. Elektrotların elektrokimyasal ve enerji depolama özellikleri; dönüşümlü voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Bu tezde, PANI/FTO elektrotlarının elektrokimyasal ve enerji depolama özelliklerini GO katkılama konsantrasyonunun nasıl değiştirdiği anlaşılması amaçlanmıştır. PANI/FTO, GO1@PANI/FTO, GO2@PANI/FTO ve GO3@PANI/FTO elektrotlar için enerji bant aralıkları sırasıyla 2,53, 2,51, 2,50 ve 2,49 eV olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, saf PANI/FTO elektrotunun 0,3 A g-1'lik akım yoğunluğunda spesifik kapasitansı 158,0 F g-1, spesifik enerjisi 18,2 W h kg-1 ve spesifik gücü 118,8 W kg-1'dır. GO'nun katkılama konsantrasyonuna bağlı olarak, 2,0 A g-1'deki spesifik enerjiler saf PANI/FTO, GO1@PANI/FTO, GO2@PANI/FTO ve GO3@PANI/FTO için sırasıyla 11,4, 13,6, 16,9 ve 23,1 Wh kg-1ve karşılık gelen spesifik güç değerleri ise 773,6, 980,0, 832,9 ve 857,8 W kg-1'dır. GO yüklemesi arttıkça PANI/FTO elektrotunun yük transfer direnci azalmaktadır. PANI/FTO, GO1@PANI/FTO, GO2@PANI/FTO ve GO3@PANI/FTO için 5000 şarj-deşarj döngüsünden sonra elde edilen kapasitans tutma değerleri sırasıyla %62, %63, %77 ve %84'tür.

Graphene oxide@polyaniline/fluorine doped tin oxide (GO@PANI/FTO) composite electrodes were produced by the electrochemical deposition method. GO was synthesized from graphite powders by the Hummers method. The surface analyses of the electrodes were examined by a scanning electron microscope. The presence of functional groups in the electrodes was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy. The energy band structures of the electrodes were determined by performing Mott-Schottky analyses of the electrodes. The energy band gaps of the electrodes were calculated by using ultraviolet-visible spectroscopy measurements and Tauc approximation method. Electrochemical and energy storage properties of electrodes were investigated using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic charge-discharge techniques. The purpose of this thesis is to comprehend how the loading concentration of GO affects the electrochemical and energy storage characteristics of the PANI/FTO electrode. The energy band gaps for the PANI/FTO, GO1@PANI/FTO, GO2@PANI/FTO and GO3@PANI/FTO electrodes were calculated as 2,53, 2,51, 2,50 and 2,49 eV, respectively. The specific capacitance of the pure PANI/FTO electrode is 158 F g-1, the specific energy is 18,2 W h kg-1, and the specific power is 118,8 W kg-1 at a current density of 0,3 A g-1. Depending on the GO doping content, the specific energies at 2,0 A g-1 for pure PANI/FTO and GO@PANI/FTO range between 11,4 and 23,1 Wh kg-1, while the corresponding specific power values are between 773,6 and 857,8 W kg-1. Capacitance retention values obtained after 5000 charge-discharge cycles are 62%, 63%, 77% and 84% for the pure PANI/FTO, GO1@PANI/FTO, GO2@PANI/FTO andGO3@PANI/FTO, respectively.