Bazı tiyofen ve tiyenotiyofen türevlerinin sentezi, karakterizasyonları ve süperkapasitör uygulamaları
Synthesis, characterizations and supercapacitor applications of some thiophene and thienothiophene derivatives
Yazar: SAMAL BERDIBEKOVA
Danışman: PROF. DR. İLHAMİ ÇELİK
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu doktora tezinin amacı, tiyenotiyofen, tiyofen-triazin, tiyofen-kinoksalin ve tiyofen-pirol türevi içeren yeni organik molekülleri tasarlamak, sentezlemek ve bunların elektrot malzemesi olarak süperkapasitörlerde kullanım potansiyellerini araştırmaktır. Sentezlenen moleküllerin elektronik özelliklerine ışık tutmak amacıyla deneysel çalışmalara ek olarak hesaplamalı çalışmalar da yapılmıştır. Malzemelerin elektronik özelliklerindeki değişiklikler, moleküllerdeki sübstitüe maddeleri değiştirilerek incelenmiştir. Sentezlenen moleküller, NMR, FTIR ve UV-VIS dahil olmak üzere çeşitli analitik tekniklerle karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sentezlenen malzemelerin elektrokimyasal performansı süperkapasitörler için elektrot malzemesi olarak değerlendirildi. Tiyenotiyofen ve tek duvarlı karbon nanotüp bazlı hibrit malzeme TT-HB-SWCNT'nin esnek ve bağlayıcısız özelliklere sahip, yüksek verimli asimetrik bir süperkapasitör olarak kullanımı ve tiyofen bazlı triazin (DTTz), kinoksalin (DTQx) ve pirol-fenantren (DTPhPy) moleküllerinden kalem ucu/polianilin üzerine katkı malzemesi olarak yüksek kapasitanslı kompozit elektrod malzemeleri üretimi gerçekleştirilmiştir. Kapasite, enerji yoğunluğu ve çevrim stabilitesi gibi süperkapasitör performans metriklerini ölçmek için döngüsel voltametri, galvanostatik şarj-deşarj ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi dahil olmak üzere kapsamlı elektrokimyasal değerlendirmeler yapılmıştır. Sonuçlar, yük depolama kapasitesi ve ömründe önemli gelişmeler göstermiş olup, bu heterosiklik türevlerin yeni nesil süperkapasitörlerde hibrit elektrotlar için potansiyelini ortaya koymuştur. Bu çalışma, yüksek performanslı enerji depolama uygulamaları için mevcut malzeme araç setini çeşitlendirme yolunda önemli bir adım teşkil etmektedir

Abstract:
The aim of this doctoral thesis is to design, synthesize, and investigate the potential use of new organic molecules containing thiophenothiophene, thiophene-triazine, thiophene-quinoxaline, and thiophene-pyrrole derivatives as electrode materials in supercapacitors. In addition to experimental studies, computational studies have been conducted to shed light on the electronic properties of the synthesized molecules. Changes in the electronic properties of the materials have been examined by altering the substituents in the molecules.
The characterization of the synthesized molecules has been carried out using various analytical techniques, including NMR, FTIR, and UV-VIS. Furthermore, the electrochemical performance of these materials has been evaluated as electrode materials for supercapacitors. The hybrid material based on thiophenothiophene and single-walled carbon nanotubes, TT-HB-SWCNT, has been used as a flexible and binder-free high-performance asymmetric supercapacitor. Additionally, thiophene-based triazine (DTTz), quinoxaline (DTQx), and pyrrole-pentatriene (DTPhPy) molecules have been utilized to produce high-capacitance composite electrode materials as additives on pencil lead/polyaniline.
Comprehensive electrochemical evaluations, including cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy, have been conducted to measure supercapacitor performance metrics such as capacity, energy density, and cycle stability. The results have shown significant improvements in charge storage capacity and lifespan, highlighting the potential of these heterocyclic derivatives for hybrid electrodes in next-generation supercapacitors. This study represents an important step towards diversifying the existing material toolkit for high-performance energy storage applications.