PVB/PANI esaslı grafen oksit ve sülfolanmış grafen oksit katkılı nanofiber elektrot malzemelerinin geliştirilmesi ve elektrokimyasal, fizikokimyasal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi
Development of PVB/PANI based graphene oxide and sulfonated graphene oxide enhanced nanofiber electrode materials and investigation of their electrochemical, physicochemical and morphological properties
Yazar: SİNEM YAZICIOĞLU
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, PVB (polivinil bütiral)/PANI (polianilin) polimer matrisine katkı maddesi olarak GO (grafen oksit) veya s-GO (sülfolanmış grafen oksit) ilavesi ile hazırlanan çözeltilerin elektro-eğirme tekniği ile nanofiber eldesini ve elde edilen nanofiberlerin morfolojik, fizikokimyasal ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda ilk olarak polimerizasyon reaksiyonu ile anilinden PANI eldesi gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında Modifiye Hummer yöntemi ile grafitten GO eldesi ve sentezlenen GO'nun bir kısmına ise yük yoğunluğunun arttırılması için derişik sülfirik asitle sülfolama işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında PVB/PANI polimer bazın oranları sabit tutularak, GO'nun 2 farklı kütlece yüzdesi ve s-GO'nun 2 farklı kütlece yüzdesi kullanılarak polimer karışımlar hazırlanmıştır. Bu kompozit numunelerinden GO ve s-GO içeremeyen numuneler kontrol elemanı olup, diğer polimer karışımları ise kütlece katkı yüzdelerine göre isimlendirilen %1 GO içeren PVB/PANI/1 GO, %3 GO içeren PVB/PANI/3 GO, %1 s-GO içeren PVB/PANI/1 s-GO ve %3 s-GO içeren PVB/PANI/3 s-GO polimer karışımlarıdır. Hazırlanan bu 5 farklı polimer karışımları kütlece yüzdelerine göre hazırlanarak hacimce 70:30 (v/v) oranında dimetilformamid (DMF): tetrahidrofuran (THF) çözücü karışımında çözünmüş ve belirlenen optimum parametrelerde elektro-eğirme tekniği ile nanofiberler üretilmiştir. PVB/PANI esaslı grafen oksit veya sülfolanmış grafen oksit katkılı nanofiber elektrot malzemelerinin geliştirilmesi ve elektrokimyasal, fizikokimyasal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi amacıyla FTIR, XRD, SEM, fiber çapı, AFM, su temas açısı, EIS ve CV analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler neticesinde hem morfolojik olarak hem de fizikokimyasal olarak GO veya s-GO nanofiberlerin yapısını koruduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca elektrokimyasal analizler neticesinde hazırlanan nanofiberler içerisinde PVB/PANI/1 s-GO nanofiberi en yüksek elektrokimyasal özellik göstermiş olup iletkenlik açısından elektrokimyasal uygulamalar için uygun bir aday olmaktadır.

Abstract:
In this study, it is aimed to obtain nanofibers by electro-spinning of solutions prepared by adding GO (graphene oxide) or s-GO (sulphated graphene oxide) as additives to PVB (polyvinyl butyral)/PANI (polyaniline) polymer matrix and to investigate the morphological, physicochemical, and electrochemical properties of the obtained nanofibers. For this purpose, firstly, PANI was obtained from aniline by polymerization reaction. Afterwards, GO was obtained from graphite by Modified Hummer method and a part of the synthesized GO was sulfated with concentrated sulfuric acid to increase the charge density. Afterwards, polymer blends were prepared using 2 different mass percentages of GO and 2 different mass percentages of s-GO, keeping the ratios of PVB/PANI polymer base constant. Of these composite samples, the samples that do not contain GO or s-GO are control elements and the other polymer blends are PVB/PANI/1 GO containing 1% GO, PVB/PANI/3 GO containing 3% GO, PVB/PANI/1 s-GO containing 1% s-GO and PVB/PANI/3 s-GO containing 3% s-GO polymer blends named according to their mass contribution percentages. These 5 different polymer blends were prepared according to their mass percentages and dissolved in dimethylformamide (DMF): tetrahydrofuran (THF) solvent mixture at a ratio of 70:30 (v/v) by volume and nanofibers were produced by electro-spinning technique at the optimum parameters determined. FTIR, XRD, SEM, fiber diameter, AFM, water contact angle, EIS and CV analyses were carried out to develop PVB/PANI based graphene oxide or sulfonated graphene oxide enhanced nanofiber electrode materials and to investigate their electrochemical, physicochemical, and morphological properties. As a result of the analyses, it was observed that both morphologically and physicochemically, GO or s-GO nanofibers preserved their structure. In addition, PVB/PANI/1 s-GO nanofiber showed the highest electrochemical properties among the nanofibers prepared as a result of electrochemical analyses and it is a suitable candidate for electrochemical applications in terms of conductivity.