Elektrokimyasal olarak sentezlenen nikel/indirgenmiş grafen oksit nanokompozitlerinin  süperkapasitör ve biyosensör uygulamaları
Supercapacitor and biosensor applications of electrochemically synthesized nickel/reduced graphene oxide nanocomposites
Yazar: BİNGÜL KURT URHAN
Danışman: PROF. DR. ÜMİT DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, süperkapasitörler için yüksek kapasiteli, düşük maliyetli ve uzun ömürlü elektrot malzemeleri geliştirmeye odaklanılmıştır. Ayrıca nikotinamid adenin dinükleotitin (NADH) ve enzimatik olmayan glukoz sensörünün amperometrik tayininde kullanılmak üzere elektrot materyali tasarlanmıştır.Nikel nanopartikül (NiNP) ile dekore edilmiş elektrokimyasal olarak indirgenmiş grafen oksit (ERGO) nanokompoziti (NiNP/ERGO), tek basamak elektrokimyasal yaklaşım kullanılarak Au ve ITO elektrotlar üzerine sentezlenmiştir. Bu yaklaşım, ortam koşullarında spesifik indirgeme ve diğer koruyucu maddeler kullanılmadan sulu bir çözeltiden eşzamanlı olarak GO ve Ni2+ iyonlarının indirgenmesine dayanır. Bu kompozit malzemelerin karakterizasyonu Raman spektroskopisi, XRD, XPS, STM, FE-SEM, TEM ve EDS teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. Au üzerinde hazırlanan NiNP/ERGO, alkali çözelti içerisinde elektrokimyasal döngü ile Ni(OH)2@NiNP/ERGO'e dönüştürülmüştür.Hazırlanan Ni(OH)2@NiNP/ERGO kompoziti 4 A g−1 akım yoğunluğunda 1896 F g−1  değerinde yüksek özgül kapasitans ve 2000'den fazla döngüden sonra %92 ile mükemmel döngü kararlılığı göstermiştir. NiNP/ERGO-ITO elektrotları ayrıca alkali ortamdaki glukozun enzimatik olmayan amperometrik tayininde de kullanılmıştır. Bu elektrot, 0,5-244 µM arasında geniş doğrusal aralık, ~ 185,2 mA mM−1cm−2 değerinde yüksek hassasiyet ve 40 nM'lık düşük saptama limiti ile glukoz dedeksiyonu için yüksek performans göstermiştir. Ek olarak, NiNP/ERGO-ITO elektrotları, NADH oksidasyonu için düşük oksidasyon potansiyeli (+430 mV) ve düşük dedeksiyon limiti (0,002 µM) ile yüksek bir elektrokatalitik aktivite göstermiştir. Sentezlenen kompozit malzemelerin süperkapasitör ve biyosensör uygulamaları için yüksek aktivite ve kararlılığa sahip, umut vadeden malzemeler olduğu belirlenmiştir

Abstract:
In this study, it is focused on developing electrode materials with a high-capacity, low-cost, and long-life for supercapacitors. Also, electrode material has been designed for the application of amperometric detection of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and non-enzymatic glucose sensor. Nickel nanoparticle (NiNP)-decorated electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) nanocomposite (NiNP/ERGO) was fabricated on Au and ITO electrodes using a facile one-pot electrochemical approach. This approach is based on the simultaneous co-reduction of GO and Ni2+ ions at ambient conditions from an aqueous solution without using specific reducing and any other protective agents. The characterization of these composite materials were investigated by using Raman spectroscopy, XRD, XPS, STM, FE-SEM, TEM and EDS techniques. The as-prepared NiNP/ERGO on Au were converted into Ni(OH)2@NiNP/ERGO by electrochemical cycling in alkaline solutions. The as-prepared the Ni(OH)2@NiNP/ERGO revealed high specific capacitance of 1896 F g−1 at 4 A g−1 and excellent cycling stability with 92% capacitiy retention after 2000 additional cycles. The NiNP/ERGO-ITO electrodes were also used for the amperometric determination of non-enzymatic glucose in alkaline media. This electrode exhibited high performance for glucose detection with a broad linear ranges of 0.5 to 244 µM, a high sensitivity of ~ 185.2 mA mM− 1cm− 2, and a low detection limit of 40 nM. In addition, the NiNP/ERGO-ITO electrodes demonstrated very good electrocatalytic activity in the oxidation of NADH at a low oxidation potential (+430 mV) with a detection limit of 0.002 µM. It was determined that the synthesized composite materials are promising materials with high activity and stability for supercapacitor and biosensor applications.