Mangan oksit /indirgenmiş grafen oksit (MnO2/RGO) kompozit aktif elektrot materyallerin kapasitif performansına mangan oksit nanopartiküllerin yüzey fonksiyonalizasyonunun etkisi
Effect of surface functionalization of manganese oxide on capacitive performance of metal oxide/reduced graphene oxide (MnO2/RGO) composite electrode materials
Yazar: HOSSAIN BAKHSH NAZARI
Danışman: PROF. DR. DUYGU EKİNCİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Diazonyum tuzları = Diazonium salts ; Enerji depolama = Energy storage ; Manganez oksit = Manganese oxide ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
Amaç: Bu tez kapsamında, yüzeyleri fonksiyonalize edilmiş mangan oksit nanopartikül/indirgenmiş grafen oksit (MnO2-Ph-R/RGO) nanokompozit materyallerin sentezi ve enerji depolama sistemlerinde onların uygulamasının araştırılması amaçlanmaktadır. Bu amaç için öncelikle, MnO2 metal oksidinin yüzeyi diazonyum modifikasyon metodu kullanılarak sübstitüe benzen halkaları ile fonksiyonalize edildi. Daha sonra, RGO nanotabakaların yüzeyi kendi kendine birikme yaklaşımı vasıtasıyla mangan oksit nanopartiküller ile dekore edildi.
Yöntem: İlk aşamada (MnO2, MnO2-Ph-NO2, MnO2-Ph-COOH, MnO2-Ph-OH, MnO2-Ph-CH3, MnO2-Ph, MnO2/RGO, MnO2-Ph-NO2/RGO, MnO2-Ph-COOH/RGO, MnO2-Ph-OH/RGO, MnO2-Ph-CH3/RGO ve MnO2-Ph/RGO) nano-malzemeler kimyasal yöntemler kullanılarak sentezlendi, ardından sentezlenen nanopartiküller ve nanokompozitlerin yapısal ve morfolojik özellikleri X-ışınları fotoelektron spektroskopi (XPS), X-ışınları kırınım spektroskopi (XRD), Raman spektroskopi, Fourier-transform infrared spektroskopi (FT-IR), taramalı elektron mikroskopi (SEM) ve Brunauer-Emmett-Teller (BET) teknikleri ile araştırıldı. Nanoyapıların elektrokimyasal süperkapasitif performansları ise dönüşümlü voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ölçümü ve elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) ile Na2SO4 çözeltisinde analiz edildi.
Bulgular: Bu çalışmada yapılan değerlendirmeler hazırlanan aktif materyallerin literatürde verilen değerlere kıyasla oldukça yüksek spesifik kapasitanslar sergilediğini gösterdi. Üstelik MnO2-Ph-NO2/RGO, MnO2-Ph-COOH/RGO ve MnO2-Ph-OH/RGO filmler, 986-1232 F g-1 intervalinde değişen spesifik kapasitans değerleri ile araştırılan nanoyapılar arasında en yüksek kapasitans değerleri sergiledi.
Sonuç: Mangan oksit nanopartiküller/indirgenmiş grafen oksit nanokompozit malzemelerden hazırlanan elektrotlar, süperkapasitörler için en umut verici kompozit elektrotlardan biri olarak değerlendirildi.
Anahtar Kelimeler:  Enerji depolama, Süperkapasitör, Psödokapasitör, Şarj-Deşarj, Nanokompozit, Mangan Oksit, İndirgenmiş Grafen Oksit, Diazonyum tuzları.

Abstract:
Purpose: In this thesis, it is aimed to investigate the synthesis of surface functionalized manganese oxide nanoparticle/reduced graphene oxide (MnO2-Ph-R/RGO) nanocomposite materials and their applications in energy storage systems. For this purpose, first of all, the surface of MnO2 metal oxide was functionalized with substituted benzene rings using the diazonium modification method. Then, the surface of the RGO nanosheets was decorated with manganese oxide nanoparticles through a self-deposition approach.
Method: Firstly, (MnO2, MnO2-Ph-NO2, MnO2-Ph-COOH, MnO2-Ph-OH, MnO2-Ph-CH3, MnO2-Ph, MnO2/RGO, MnO2-Ph-NO2/RGO, MnO2-Ph-COOH/RGO, MnO2-Ph-OH/RGO, MnO2-Ph-CH3/RGO and MnO2-Ph/RGO) nanomaterials were synthesized, using chemical methods, and then the structural and morphological properties of the synthesized nanoparticles and nanocomposites were characteized using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction spectroscopy (XRD), Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET). The electrochemical supercapacitive performances of the nanostructures were analyzed in Na2SO4 solution with cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD) measurement and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
Findings: The results showed that the prepared active materials exhibited quite high specific capacitances compared to the values given in the literature. Moreover, the MnO2-Ph-NO2/RGO, MnO2-Ph-COOH/RGO and MnO2-Ph-OH/RGO films exhibited the highest capacitance values among the investigated nanostructures, with specific capacitance values varying in the range of 986-1232 F g-1.
Results: Electrodes prepared from manganese oxide nanoparticles/reduced graphene oxide nanocomposite materials were evaluated as one of the most promising composite electrodes for supercapacitors.
Keywords: Energy storage, Supercapacitor, Pseudocapacitor, Charge-Discharge, Nanocomposite, Menganese Oxide, Reduced Graphene Oxide, Diazonium salts.