Altın nanopartikül/karbon nanokompozit yapıların sentezi ve kapasitör özelliklerinin araştırılması
Synthesis of gold nanoparticle/carbon nanocomposite structures and investigation of capacitor properties
Yazar: NECMİYE BAHAR
Danışman: PROF. DR. DUYGU EKİNCİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Amaç: 
Bu tez çalışması kapsamında, boşluklu poröz altın nanopartiküller (HPAuNPs) ile çeşitli karbon materyallerinin kompozitleri sentezlenerek süperkapasitörlerde hem anot hem de katot elektrot malzemesi olarak elektrokimyasal performanslarının incelenmesi amaçlanmıştır. 
Yöntem: 
İlk olarak HPAuNP'ler sulu faz sentez metodu ile hazırlanmış; HPAuNP'lerin boyut kontrolü, indirgeyici ajan olarak kullanılan hidrokinon konsantrasyonlarının değiştirilmesi ile sağlanmıştır. Daha sonra, HPAuNP'ler ile kapasitif davranışları incelenecek olan karbon esaslı elektrot materyallerinden grafen oksit (GO), indirgenmiş grafen oksit (RGO), fonksiyonel karbon nanotüp (CNT-Ox), grafen-C60 hibrit ve fulleren (C60) gibi farklı karbon materyallerinin kompozitleri oluşturulmuştur. Son aşamada ise, bu kompozitlerin homojenize edilerek camsı karbon elektrot (GCE) üzerine damlatılması ile HPAuNPs/RGO/GC, HPAuNPs/GO/GC, HPAuNPs/CNT-Ox/GC, HPAuNPS/grafen-C60/GC ve RGO/C60/HPAuNPs-225/GC elektrotları hazırlanmıştır. Hazırlanan bu elektrot materyallerinin karakterizasyonu için, taramalı elektron mikroskopi (SEM), X-ışını difraksiyon (XRD), Raman spektroskopi, X-ışını fotoelektron spektroskopi (XPS) teknikleri kullanılmış olup; bu elektrotların kapasitif performansları, dönüşümlü voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal impedans spektroskopi (EIS) teknikleri ile araştırılmıştır. Çalışmalar, Ag/AgCl/KCl (3,0 M) referans elektrota karşı 1 M Na2SO4 sulu çözeltisi içerisinde gerçekleştirilmiştir. 
Bulgular: 
Bu elektrotlar birbiri ile kıyaslandığında; HPAuNPs/RGO/GC elektrotunun, 20 mV s-1 tarama hızında en yüksek kapasitif performansa (107-325 F g-1) sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, HPAuNPs'in parçacık boyutunun elektrotların elektrokimyasal performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu saptanmıştır. Daha da ötesi, HPAuNPs/RGO/GC elektrotunun stabilite testlerinde, kompozitin süperkapasitörler için uzun ömürlü bir elektrot malzemesi olduğu gözlenmiştir. 
Sonuç: 
Bu çalışmayla, içi boş gözenekli altın nanopartiküllerle kompozitleri oluşturulan karbon esaslı elektrotların, süperkapasitörler için; klasik altın nanopartiküller ve grafen bazlı yapılardan daha iyi bir elektrot malzemesi olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Purpose: 
This thesis aimed to investigate the electrochemical performance of supercapacitors as both anode and cathode electrode materials by synthesizing hollow porous gold nanoparticles (HPAuNPs) with composites of the various carbon materials. 
Method: 
HPAuNPs were prepared by aqueous phase synthesis method; size control of HPAuNPs was achieved by changing hydroquinone concentrations used as agent. Composites of different carbon materials such as graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (RGO), functional carbon nanotube (CNT-Ox), graphene-C60 hybrid and fulleren (C60) were created with HPAuNPs. These composites were homogenized and dropped onto glassy carbon electrode (GCE); thus, HPAuNPs/RGO/GC, HPAuNPs/GO/GC, HPAuNPs/CNT-Ox/GC, HPAuNPS/graphene-C60/GC and RGO/C60/HPAuNPs-225/GC electrodes were prepared. Electrode materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques, and capacitive performances of these electrodes were investigated by cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. The studies were carried out in 1 M Na2SO4 aqueous solution against reference electrode with Ag/AgCl/KCl (3,0 M).
Findings: 
When these electrodes were compared with each other; the HPAuNPs/RGO/GC electrode was the highest capacitive performance (107-325 F g-1) at a scanning rate of 20 mV s-1. Also, the particle size of HPAuNPs was effective had on the electrochemical performance of the electrodes. Furthermore, stability tests of the HPAuNPs/RGO/GC electrode showed that the composite was a long lived electrode material for supercapacitors. 
Results: 
This study indicated that carbon-based electrodes formed composites with hollow porous gold nanoparticles were better electrode materials than classical gold nanoparticles and graphene-based structures for supercapacitors.