İki boyutlu fonksiyonel kompozit malzemelerin üretimi ve enerji uygulamaları
Production and energy application of two dimensional functional composite materials
Yazar: YUNUS PENLİK
Danışman: DOÇ. DR. SEMİH GÖRDÜK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Anorganik kimya = Inorganic chemistry ; Elektrokimya = Electrochemistry ; Enerji depolama = Energy storage ; Metal organik kafesler = Metal–organic frameworks ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
Süperkapasitörler enerji depolama sistemleri içerisinde pilden sonra en bilineni
olmakla birlikte, sahip oldukları hızlı şarj/deşarj süresi, yüksek güç yoğunlukları
ve uzun çevrim ömürleri önemli avantajlarıdır. Süperkapasitör uygulamalar için
en önemli bileşenlerden biri kullanılan elektrot bileşenidir.
İki boyutlu malzemeler arasında grafen yapısına benzeyen ve literatürde yeni yeni
yer almaya başlayan Borofen yapısının süperkapasitör uygulamalarında yapılan
birkaç çalışması bulunmakla birlikte süperkapasitör elektrot malzemesi olarak
üstün performans sergilediği bulunmuştur. Borofen sahip olduğu süper iletkenlik,
yüksek yüzey alanı ve anizotropik yapısı sayesinde süperkapasitör
uygulamalarında elektrot malzemesi olarak aday bileşikler arasında yer
almaktadır. Metal iyonları ve organik bağlayıcılarının arasındaki koordinasyon
bağları sayesinde oluşan kristal yapıdaki MOF yapıları geniş yüzey alanları,
kontrol edilebilir boyutlara ve düzenli, gözenekli ağ yapısına sahiptirler. MOF
yapıları bu gibi özellikleri ile elektrokimyasal olarak aktif bölgeler sağlayarak
yükün depolanmasına katkıda bulunur. Buna ek olarak, MOF yapıları sahip
xix
oldukları geniş gözenek boyutları sayesinde elektron difüzyon yolunu kısaltarak
dahil olduğu yapının elektrokimyasal davranışını geliştirirler. MOF bileşiklerinin
en büyük dezavantajı zayıf bir iletkenliğe sahip olmasıdır. Literatürde yapılan
çalışmalarda bu olumsuz özelliğin giderilmesi adına MOF yapılarına genellikle
metal oksitler gibi bazı maddeler katkılanması ile süperkapasitör uygulamalarında
kullanılabilecek iyi performans sergileyen elektrot malzemeleri elde edilmiştir.
Bu tez çalışması kapsamında; ilk olarak Borofen ve HKUST-1 yapıları
sentezlenmiştir. Daha sonra bu malzemeler kullanılarak literatürde yer almayan
Borofen@HKUST-1 kompozit yapısı elde edilmiştir. Elde edilen bu malzemelerin
yapıları çeşitli metotlar ile aydınlatılmıştır. Sentezlenen Borofen@HKUST-1
kompozit yapısının süperkapasitör elektrot malzeme için kullanılabilirliğinin
belirlenmesi adına EIS, CV ve GCD yöntemleri ile elektrokimyasal olarak
karakterize edilmiştir. Borofen@HKUST-1 kompoziti ile hazırlanan esnek
elektrotun spesifik kapasitans‟ı 333.0 mF.cm-2
olarak bulunmuştur.

Abstract:
Supercapacitors are the most well-known energy storage systems after batteries
and have fast charge/discharge times, high power densities and long cycle life.
One of the most important components for supercapacitor applications is the
electrode component used.
Borophene structure, which is similar to graphene structure among twodimensional materials and has recently started to take place in the literature, has
been found to exhibit superior performance as a supercapacitor electrode material.
Borophene is among the candidate compounds as electrode material in
supercapacitor applications thanks to its superconductivity, high surface area and
anisotropic structure. The crystalline MOF structures formed by coordination
bonds between metal ions and organic linkers have large surface areas,
controllable dimensions and regular, porous network structure. MOF structures
contribute to the storage of charge by providing electrochemically active sites
with such properties. In addition, MOF structures improve the electrochemical
behaviour of the structure involved by shortening the electron diffusion path due
to their large pore size. The biggest disadvantage of MOF compounds is that they
xxi
have poor conductivity. In the studies carried out in the literature, in order to
eliminate this negative feature, some substances such as metal oxides are usually
doped into MOF structures and electrode materials with good performance that
can be used in supercapacitor applications have been obtained.
Within the scope of this thesis; firstly, Borophene and HKUST-1 structures were
synthesised. Then, Borophene@HKUST-1 composite structure, which is not
included in the literature, was obtained by using these compounds. The structures
of these compounds were elucidated by various methods. In order to determine
the usability of the synthesised Borophene@HKUST-1 composite structure for
supercapacitor electrode material, it was electrochemically characterised by EIS,
CV and GCD methods. The specific capacitance of the flexible electrode prepared
with Borophene@HKUST-1 composite was found to be 333.0 mF.cm-2