Polen içerikli nanoyapılı malzeme üretimi ve süperkapasitör elektrot tasarımı
Pollen-containing nanostructured material production and supercapacitor electrode design
Yazar: YILDIZ EMRE ŞENGÜL
Danışman: PROF. DR. FUNDA ATALAY
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Karbon içeren malzemeler kataliz, sensör, enerji ve çevre gibi birçok teknolojik alanda kullanımı ile dikkat çekmektedir. Özellikle yüksek yüzey alanı, iyi iletkenliği ve gözenekli yapısı nedeniyle aktif gözenekli karbonlar çift katmanlı süperkapasitörlerin üretiminde öne çıkmaktadır.
Bu nedenle bu tez kapsamında, öncelikle ucuz ve kolay olarak temin edilebilmesi, ayrıca çevre dostu ve yeşil mutabakata uygun tekniklerle karbon kaynağına dönüştürülebilmesi açısından, çam polenleri nanoyapılı ve mezogözenekli karbon malzemeleri üretmek amacıyla kullanılmıştır.   Çam ağaçlarından elde edilen polenler, ilk olarak hidrotermal yöntemle saf suda ön karbonizasyona tabii tutulmuştur.  Daha sonra farklı oranlarda KOH ve CuCl2 ile aktive edilip, ardından 900 C de ısıl işlem yapılarak  nano yapılı gözenekli karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen malzemenin yüzey yapısı ve morfolojisi SEM, Raman ve BET teknikleri ile incelenmiştir.  Maksimum yüzey alan KOH ile 1:2 oranda (polen: aktivasyon oranı) aktivasyonu yapılmış malzeme için, 2030m2/g olarak elde edilirken,  CuCl2 ile 1:5 oranda aktivasyonu yapılmış malzemede 737  m2/g olarak elde edilmiştir. KOH ile aktivasyonu yapılmış malzeme yüzey alanı yüksek olmasına rağemen, karbonizasyon sonrası polen yapısı bozulmuştur. Fakat CuCl2 ile aktivasyonun yapılmış numunede polen çapı önemli ölçüde küçülürken, kısmen morfolojinin korunduğu belirlenmiştir. 
Polen aracılığı ile üretilmiş mezo-gözenekli bu yapılar süperkapasitör elektrodu oluşturmada, elektrot aktif malzemesi olarak kullanılarak elektrokimyasal performansları test edilmiştir. 1:1 oranda KOH ile aktivasyon yapılmış poroz karbon içeren süperkapasitör elektrodun, maksimum spesifik kapasitansının 157 F/g olarak elde edilirken, 1:5 oranda CuCl2 ile aktive edilmiş poroz karbon içerikli elektrot için spesifik kapasitans 131,5 F/g bulunmuştur. 
Ayrıca çevre uygulamalarına yönelik olarak, bu malzemelerin adsorpsiyon özellikleri belirlenerek, sulu ortamdaki metal iyonlarnın gideriminde kullanımı araştırılmıştır.

Abstract:
Carbon-containing materials attract attention with their use in many technological fields such as catalysis, sensor, energy and environment. Activated carbons stand out in the production of double-layer supercapacitors, especially due to their high surface area, good conductivity and porous structure.
Within the scope of this thesis, pine pollen has been used to produce nanostructured and mesoporous carbon materials, since it can be obtained cheaply and easily and can be converted into a carbon source with environmentally friendly and green consensus techniques. Pine pollen was first pre-carbonized in pure water by the hydrothermal method. Afterward, nano-structured porous carbons were obtained by activating with KOH and CuCl2 in different proportions and then heat treatment at 900 C. The surface structure, textural properties and morphology of the obtained material were examined by SEM, Raman and BET techniques. While the maximum surface area was obtained as 2030m2/g for the material activated with KOH at a ratio of 1:2 (pollen: activation material), it was obtained as 737 m2/g for the material activated with CuCl2 at a ratio of 1:5. Although the surface area of the material activated with KOH is high, the pollen structure has deteriorated after carbonization. However, while the diameter of the pollen significantly decreased in the sample activated with CuCl2, it was determined that the morphology was partially preserved.
These mesoporous structures produced by pollen were used as electrode active material to form supercapacitor electrodes and their electrochemical performance was tested. The maximum specific capacitance of the supercapacitor electrode containing porous carbon activated with KOH at a ratio of 1: 2 was obtained as 237.5 F/g, while the specific capacitance for the electrode containing porous carbon activated with CuCl2 at a ratio of 1: 5 was 131.5 F/g. 
In addition, for environmental applications, the adsorption properties of these materials were determined and their usage in the removal of metal ions from the aqueous environment was investigated.