Elektrokimyasal depozisyon yöntemi ile üretilen polipirol ve polipirol-mangan oksit filmlerin kapasitif davranışlarının araştırılması
Investigation of capacitive behavior of polypyrrole and polypyrrole - manganese oxide films grown by electrochemical deposition method
Yazar: DİLEK VATANSEVER
Danışman: DOÇ. DR. MÜRŞİDE ŞAFAK HACIİSMAİLOĞLU
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada polipirol (PPy) ve polipirol-Mangan oksit (PPy-Mn oksit) elektrotların, Ti ve PGE alttabaka üzerine PPy elektropolimerizasyonu yanında Mn-oksitin elektrodepozisyonuyla üretildi ve kapasitif davranışları araştırıldı. Bu özellikler Py monomerinin katkılandığı oksalik asit ve sülfirik asit içindeki derişimi, elektrotların kalınlığı, Mn-oksit elektrodepozisyonu için kullanılan çözeltinin derişimi ve yük yoğunluğuna bağlı olarak incelendi. Elektrotların kapasitif davranışları, çözelti elektrot arayüzünde oluşan tepkimeler, yarı iletken tipi, düz bant potansiyeli ve taşıyıcı yük yoğunluğu, Dönüşümlü Voltammetri (CV), Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS), Mott Schotky (M-S), moleküler yapısı Fourier Dönüşüm Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), morfolojik yapısı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), kimyasal yapısı Enerji Ayırmalı X- ışını Spektrometresi (EDX) ile incelendi. Yapılan tüm ölçümler sonucu Ti alttabaka üzerine üretilen elektrotlarda katkılama iyonu kıyaslamasında sülfirik asit ile üretilen elektrotların daha iyi ve verimli olduğu sonucuna varıldı. Py monomer derişimi ve kalınlık parametreleri değişiminde PGE/PPy elektrotların Py monomer derişimi arttıkça elektrot potansiyeli azalır ve daha düşük potansiyellerde PPy kısa zincirler oluşturur. Bu, küçük gözeneklere sahip yoğun ve pürüzsüz (SEM ile görülen) bir yapı oluşturdu. Böylece de spesifik kapasitans değerleri daha yüksek çıkar ve elde edilen diğer tüm sonuçlar bunu doğrular. Elde edilen PGE/PPy elektrotlardan en yüksek kapasitans değeri 695 F/g' dır. PGE/PPyMn oksit elektrotların ise MnSO4 derişimine göre olan seride derişim azaldıkça spesifik kapasitans değerinin arttığı görüldü. Yük yoğunluğunu değiştirdiğimiz seride ise en düşük yük yoğunluğunda en yüksek kapasitans değeri elde edildi. Diğer analizlerde bu sonuçları destekler niteliktedir. Ayrıca PGE/PPy ve PGE/PPy-Mn oksit elektrotları içeren simetrik ve asimetrik süperkapasitör denemeleri yapıldı ve sonucunda LED aydınlatıldı.

Abstract:
In this study, polypyrrole (PPy) and polypyrrole-Manganese oxide (PPy-Mn oxide) electrodes were produced by electropolymerization of PPy on Ti and PGE substrate as well as by electrodeposition of Mn-oxide and their capacitive behavior was investigated. These properties were investigated depending on the concentration of Py monomer in oxalic acid and sulfuric acid to which it is doped, the thickness of the electrodes, the concentration of the solution used for Mn-oxide electrodeposition, and the charge density. Capacitive behavior of electrodes, reactions occurring at the solution electrode interface, semiconductor type, flat band potential and carrier charge density, Cyclic Voltammetry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Mott Schottky (M-S), molecular structure Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), morphological structure was examined by Scanning Electron Microscopy (SEM), chemical structure was examined by Energy Separation X-ray Spectrometer (EDX). As a result of all measurements, it was concluded that electrodes produced with sulfuric acid were better and more efficient in comparison of doping ions in electrodes produced on Ti substrate. When the Py monomer concentration and thickness parameters change, the electrode potential decreases as the Py monomer concentration of the PGE/PPy electrodes increases and short chains of PPy are formed at lower potentials. This produced a dense and smooth (seen by SEM) structure with small pores. Thus, the specific capacitance values are higher and all other results confirm this. The highest capacitance value from the obtained PGE/PPy electrodes is 695 F/g. It was observed that the specific capacitance value of the PGE/PPy-Mn oxide electrodes increased as the concentration decreased in the series according to the MnSO4 concentration. In the series where we changed the charge density, the highest capacitance value was obtained at the lowest charge density. Other analyzes support these results. In addition, symmetrical and asymmetrical supercapacitors including PGE/PPy and PGE/PPy-Mn oxide electrodes were tested and LED was illuminated as a result.