Fosforen esaslı iki boyutlu malzemelerin üretilmesi ve süperkapasitör uygulamalarının incelenmesi
Production of phosporene based two-dimesional materials and investigation ofsupercapacitor applications
Yazar: OZAN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. METİN GENÇTEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında iletken polimere katkı maddesi olarak kullanılan fosforen literatürde ilk kez 80 °C'de 6 saatte kimyasal yöntem kullanılarak tek basamakta üretilmiştir. Ek olarak, iletken polimerlerin fosforen ile olan kompozitleri de literatürde ilk kez üretilmiş ve bu malzemeler süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak kullanılmıştır. Elektrokimyasal sentezin başarısını etkileyen faktörler olan destek elektrot derişimi, monomer derişimi ve döngü sayısı parametreleri optimize edilerek bu parametreler için optimum değerler polimerler için belirlenmiştir. Üretilen 2 boyutlu fosforenin yapısal ve morfolojik özellikleri, spektroskopik ve mikroskobik yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Daha sonra fosforen, elektrokimyasal yöntemle üretilmiş olan polimerlerin (polianilin ve polipirol) yapısına aynı şekilde eş zamanlı ve elektrokimyasal olarak katkılanmıştır. Bu çalışma, aynı zamanda elektrot üretimi için bağlayıcıya ihtiyaç duyulmaması sebebiyle önem taşımaktadır. Son olarak, üretilmiş olan fosforen esaslı malzemeler süperkapasitörlerde elektrot bileşeni olarak kullanılmıştır. Hibrit süperkapasitör elektrotları, dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi yöntemleri ile karakterize edilmiş ve bu sistemlerin kapasitif davranışlarının döngü sayısına göre değişimleri galvanostatik şarj-deşarj tekniği kullanılarak incelenmiştir. Fosforen katkılı kompozit malzemenin en yüksek spesifik kapasitans değeri olan optimum elektrot malzemesi olarak kullanıldığı durumda 1.0 M H2SO4 destek elektrolit içerisinde polianilin için 335,54 F. g-1 ve polipirol için 31,55 F.g-1 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, phosphorene, which is used as an additive to the conductive polymer, was produced in a single step using the chemical method at 80 °C in 6 hours for the first time in the literature. In addition, composites of conductive polymers with phosphorene have also been produced for the first time in the literature, and these materials have been used as electrode materials in supercapacitors. The parameters of support electrode concentration, monomer concentration and cycle number, which are the factors affecting the success of electrochemical synthesis, were optimized and the optimum values for these parameters were determined for polymers. The structural and morphological properties of the produced 2D phosphorene were investigated using spectroscopic and microscopic methods. After that, phosphorene was simultaneously and electrochemically incorporated into the structure of polymers (polyaniline and polypyrole), which were produced by the electrochemical method, likewise. This work is also important because there is no need for binders for electrode production. Finally, the phosphorene-based materials produced have been used as electrode components in supercapacitors. Hybrid supercapacitor electrodes were characterized by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy methods and the changes in the capacitive behavior of these systems according to the number of cycles were examined using galvanostatic charge-discharge technique. 1.0M H2SO4 support electrolyte when used as the optimum electrode material with the highest specific capacitance value of phosphorene doped composite material. The charge discharge current density of cm-2 was determined as 335.54 F.g-1 for polyaniline and 31.55 F.g-1  for polypyrole.