پديد آورندگان :
آزادفلاح، مرضيه دانشگاه امام خميني - گروه مهندسي مواد و متالورژي، قزوين , صدقي، آرمان دانشگاه امام خميني - گروه مهندسي مواد و متالورژي، قزوين , حسيني، هادي دانشگاه صنعتي شريف، تهران
كليدواژه :
ابرخازن , نانوكامپوزيت , گرافن , چهارچوب‌هاي آلي- فلزي
چكيده فارسي :
چهارچوب‌هاي آلي-فلزي به دليل سطح ويژه بالا و مناسب بودن اندازه تخلخل به عنوان مواد الكترودي در ابرخازن‌ها مورد استفاده قرار گرفتند. بااين‌حال استفاده از چهارچوب‌هاي آلي-فلزي به‌عنوان مواد الكترودي به‌تنهايي در ابرخازن‌ها، هدايت الكتريكي ضعيف، پايداري ناكافي و خواص مكانيكي نامرغوب را در پي داشته و منجر به كاهش كارايي شدند. در مقاله حاضر براي بهبود هدايت الكتريكي و استفاده از سطح ويژه چهارچوب‌هاي آلي-فلزي، تركيب گرافن با چهارچوب‌هاي آلي-فلزي مس به روش سنتز هيدروترمال تهيه شد و براي جلوگيري از آگلومراسيون، گرافن (در مقادير 0/0، 2/5، 5 و 10/0 درصد) درحين سنتز افزوده شد. جهت بررسي ساختاري نانوكامپوزيت‌هاي حاصل، از آناليزهاي پراش اشعه ايكس (XRD)، طيف سنجي فوريه مادون قرمز (FTIR)، آناليز تعيين سطح ويژه (BET)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) استفاده شد. براي بررسي رفتار ابرخازني، آزمون‌هاي الكتروشيميايي ولتامتري چرخه‌اي و امپدانس الكتروشيميايي و شارژ-دشارژ انجام شد. الكترودهاي ساخته شده از گرافن و چهارچوب آلي-فلزي بر پايه مس در الكتروليت KOH M6، به ترتيب داراي ظرفيت ويژه F/g 217 و 187 بود، در حالي كه كامپوزيت آنها داراي ظرفيت F/g 550 بود. در نتيجه، بهره‌مندي از خواص هم‌افزايي كامپوزيت و افزايش هدايت الكتريكي چهارچوب‌هاي آلي-فلزي با گرافن، منجر به در دسترس‌پذيري بيشتر تخلخل‌ها و افزايش ظرفيت كل ذخيره بار شد.
چكيده لاتين :
Metal-organic frameworks (MOFs) have been used as electrode materials in supercapacitors (SCs) due to their high specific surface area and the suitability of porosity. However, using single-component MOFs in SCs results in poor electrical conductivity, insufficient stability, and poor mechanical properties, and thwart the effect of high capacity and efficient performance. In this paper, to improve the electron transfer rate and utilize the specific surface of MOFs, graphene was combined by copper-MOF via hydrothermal in-situ synthesis. To prevent agglomeration, graphene (0, 2.5, 5, and 10 wt%) was added during the synthesis. To characterize the structure of nanocomposites, X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Brunauer–Emmett–Teller (BET), transmission electron microscopy (TEM), and field emission scanning electron microscopy (FESEM) analysis were used. Electrochemical tests such as cyclic voltammetry, electrochemical impedance, and repeatability behavior were performed to study the supercapacitor behavior. The electrodes made by graphene and the copper-based MOFs had the specific capacity of 217 and 187 F/g in a 6M KOH electrolyte, respectively, while their composite had the specific capacity of 550 F/g. As a result, the synergic effect in the composite and enhanced electrical conductivity of MOFs resulted in greater availability of porosities and increased total storage capacity.
