Synteza i funkcjonalizacja materiałów niskowymiarowych oraz ich zastosowanie w wysokowydajnych superkondensatorach
Loading...
Date
2023
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Synthesis and functionalization of low-dimensional materials towards high-performance supercapacitors
Abstract
Materiały dwuwymiarowe same w sobie stanowią związki wykazujące niezwykłe właściwości fizyko-chemiczne, co przekłada się na ich ogromny potencjał aplikacyjny w takich obszarach jak: sensory, materiały do przechowywania energii oraz elektronika. Rozprawa doktorska obejmuje artykuł przeglądowy (P1), który dotyczy porównania szerokiego zakresu nowoczesnych sensorów chemicznych do wykrywania cząsteczek gazów, jonów metali oraz związków aktywnych biologicznie, z których większość oparta jest na sensorach elektrochemicznych. W pracy opisano wykorzystanie popularnych nanomateriałów dwuwymiarowych oraz ich materiałów kompozytowych. Następnie w części eksperymentalnej uwzględnia funkcjonalizację i charakterystykę materiałów nisko-wymiarowych tj. tlenek grafenu (GO) oraz nanorurki miedziowe oraz badania aplikacyjne w kierunku zastosowania otrzymanych materiałów hybrydowych jako elektrody do superkondensatorów. W pracach P2 i P3 przedstawiono syntezę funkcjonalizowanego tlenku grafenu o polepszonych właściwościach elektrochemicznych uwzględniając pojemność właściwą elektrody oraz stabilność układów, które nawet po 5000 cykli zachowały ponad 98% początkowej wydajności. W artykule P4 opisano syntezę nanorurek siarczku miedzi oraz badania elektrochemiczne, które potwierdziły znaczny efekt
pseudopojemnościowy podczas procesów ładowaniarozładowania oraz wysoką pojemność właściwą równą 324 F/g.
Two-dimensional materials exhibit wide range of advantageous phisico-chemical properties making them great candidates for sensing, energy storage materials or (opto)electronics. Moreover, 2DMs provide great base for nano-composites considering the ease of their modification possibilities. The application of 2DMs and their hybrids or composites for modern electronic devices have enormous impact on development of novel synthetic methods, characterization of nanomaterials and interdisciplinary exploitation of unique properties. The dissertation includes the review article (P1) highlights broad range of chemical sensors targeting gaseous analytes, metal ions and biologically active molecules where electrochemical sensors represent a major group. Then, the experimental section describes functionalization and characterization of lowdimensional materials such as: graphene oxide (GO) and copper nanowires and its application as electrodes for supercapacitors. The articles P2 and P3 the modification of GO was presented, where the electrochemical properties such as specific capacitance and capacitance retention of prepared nanomaterials were superior while compared to its bulk aterials. The paper P4 includessynthesis of copper sulfide nanowires with significant pseudocapacitive behavior while charge-discharge processes and high specific capacitance of 324 F/g.
Two-dimensional materials exhibit wide range of advantageous phisico-chemical properties making them great candidates for sensing, energy storage materials or (opto)electronics. Moreover, 2DMs provide great base for nano-composites considering the ease of their modification possibilities. The application of 2DMs and their hybrids or composites for modern electronic devices have enormous impact on development of novel synthetic methods, characterization of nanomaterials and interdisciplinary exploitation of unique properties. The dissertation includes the review article (P1) highlights broad range of chemical sensors targeting gaseous analytes, metal ions and biologically active molecules where electrochemical sensors represent a major group. Then, the experimental section describes functionalization and characterization of lowdimensional materials such as: graphene oxide (GO) and copper nanowires and its application as electrodes for supercapacitors. The articles P2 and P3 the modification of GO was presented, where the electrochemical properties such as specific capacitance and capacitance retention of prepared nanomaterials were superior while compared to its bulk aterials. The paper P4 includessynthesis of copper sulfide nanowires with significant pseudocapacitive behavior while charge-discharge processes and high specific capacitance of 324 F/g.
Description
Wydział Chemii
Sponsor
The research included in presented thesis was supported by funds from National Science Centre (grant PRELUDIUM no. 2019/33/N/ST5/00052 and grant SONTA BIS 2015/18/E/ST5/00188) and by grant no. POWR POWR.03.02.00-00-I026/16 co-financed by the European Union through the European Social Fund under the Operational Program Knowledge Education Development.
Wielkopolska Centre for Advanced Technologies in Poznań and the Institut de Science et d’Ingenierie Supramoleculaires in Strasbourg provided the infrastructure facility for PhD research.
Keywords
nanomateriały, tlenek grafenu, superkondensatory, nanomaterials, graphene oxide, supercapacitors