Polipirol ve poli(3,4-etilendioksitiyofen) esaslı bazı kompozitlerin elektrokimyasal sentezi ve süperkapasitör özelliklerinin incelenmesi
Electrochemical synthesis of some composites based on polypyrrole and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and investigation of their supercapacitor properties
Yazar: ELİF AKSUN BAYKARA
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ZEYBEK
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Elektrokimyasal polimerleşme = Electrochemical polymerization ; Kompozit polimerler = Composite polymers ; Kondansatör = Capacitor ; Polipirol = Polypyrrole ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Bu tez çalışmasında, mevcut enerji depolama sistemlerine alternatif olabilecek olan süperkapasitör uygulamalarında kullanılmak üzere elektrot malzemesi olarak kalem grafit elektrot (PGE) yüzeyinde polipirol (PPy) ve poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) esaslı bazı kompozitler elektrokimyasal olarak sentezlendi. Tezin ilk kısmında, kobalt hekzasiyanoferrat (CoHCF) ve karboksil fonksiyonlu çok duvarlı karbon nanotüpten (fMWCNT) CoHCF-fMWCNT kompoziti hazırlandı. CoHCF-fMWCNT, pirol monomeri (Py) ve (±)-10-kamforsülfonik asit (HCSA) içeren sulu çözeltide dönüşümlü voltametri (CV) tekniği ile PGE yüzeyinde, PPy−CoHCF-fMWCNT kompoziti biriktirildi. Tezin ikinci kısmında, 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT), HCSA, sodyum dodesilbenzensülfonat (SDBS) ve çeşitli nano-yapılı metal oksit tozlar (MO) (CeO2, Co3O4, CoFe2O4, TiO2, ZrO2) içeren sulu ortamda PGE yüzeyinde PEDOT−MO kompozitleri hazırlandı. Kaplamalar, alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) yöntemleriyle karakterize edildi. Hazırlanan kaplamaların süperkapasitör özellikleri CV, elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) teknikleriyle 0,5 mol L−1 H2SO4 çözeltisinde incelendi. CoHCF-fMWCNT kompozitinin ilavesinin PPy'nin spesifik kapasitans değerini (Cm) 5 A g−1 akım yoğunluğunda 431,6 F g−1'den 495,0 F g−1'e arttırdığı belirlendi. PEDOT, PEDOT−CeO2, PEDOT−Co3O4, PEDOT−CoFe2O4, PEDOT−TiO2 ve PEDOT−ZrO2 kaplamaların 5 A g−1 akım yoğunluğunda spesifik kapasitans değeri sırasıyla 90,9 F g−1, 112,2 F g−1, 117,7 F g−1, 111,6 F g−1, 111,8 F g−1 ve 112,0 F g−1 olarak hesaplandı.

Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal Polimerizasyon, Kompozit, Poli(3,4-Etilendioksitiyofen), Polipirol, Süperkapasitör

Abstract:
In this thesis, some composites based on polypyrrole (PPy) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) were electrochemically synthesized on a pencil graphite electrode (PGE) surface as the electrode material to be used in supercapacitor applications, which can be an alternative to existing energy storage systems. In the first part of the thesis, CoHCF-fMWCNT composite was prepared from cobalt hexacyanoferrate (CoHCF) and carboxyl functionalized multi-walled carbon nanotube (fMWCNT). The PPy−CoHCF-fMWCNT composite was deposited on the PGE surface with the cyclic voltammetry (CV) technique in an aqueous solution containing CoHCF-fMWCNT, pyrrole (Py) monomer, and (±)-10-camphorsulfonic acid (HCSA). In the second part of the thesis, PEDOT−MO composites were prepared on the PGE surface in an aqueous medium containing 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT), HCSA, sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS), and various nanostructured metal oxide powders (MO) (CeO2, Co3O4, CoFe2O4, TiO2, ZrO2). The coatings were characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) methods. The supercapacitor properties of the prepared coatings were investigated in 0,5 mol L−1 H2SO4 solution by using CV, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge-discharge (GCD) techniques. It was determined that the addition of CoHCF-fMWCNT composite increased the specific capacitance (Cm) value of PPy from 431.6 F g−1 to 495.0 F g−1 at a current density of 5 A g−1. The specific capacitance of PEDOT, PEDOT−CeO2, PEDOT−Co3O4, PEDOT−CoFe2O4, PEDOT−TiO2, and PEDOT−ZrO2 coatings was calculated as 90.9 F g−1, 112.2 F g−1, 117.7 F g−1, 111.6 F g−1, 111.8 F g−1, and 112.0 F g−1, respectively, at a current density of 5 A g−1.

Keywords: Composite, Electrochemical Polymerization, Poly (3,4-Ethylenedioxythiophene), Polypyrrole, Supercapacitor