اثر هم‌افزایی نانوساختارهای گل‌مانند چهارچوب‌ آلی- فلزی مس/گرافن در افزایش کارایی الکتروشیمیایی ابرخازن‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه امام خمینی قزوین ایران

2 گروه مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه امام خمینی قزوین

3 فوق دکتری شیمی تجزیه دانشگاه صنعتی شریف تهران

چکیده

چهارچوب‌های آلی-فلزی به دلیل سطح ویژه بالا و مناسب بودن اندازه تخلخل به عنوان مواد الکترودی در ابرخازن‌ها مورد استفاده قرار گرفتند. بااین‌حال استفاده از چهارچوب‌های آلی-فلزی به‌عنوان مواد الکترودی به‌تنهایی در ابرخازن‌ها، هدایت الکتریکی ضعیف، پایداری ناکافی و خواص مکانیکی نامرغوب را در پی داشته و منجر به کاهش کارایی شدند. در مقاله حاضر برای بهبود هدایت الکتریکی و استفاده از سطح ویژه چهارچوب‌های آلی-فلزی، ترکیب گرافن با چهارچوب‌های آلی-فلزی مس به روش سنتز هیدروترمال تهیه شد و برای جلوگیری از آگلومراسیون، گرافن (در مقادیر 0، 5/2، 5 و 10 درصد) درحین سنتز افزوده شد. جهت بررسی ساختاری نانوکامپوزیت‌های حاصل، از آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف سنجی فوریه مادون قرمز (FTIR)، آنالیز تعیین سطح ویژه (BET)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. برای بررسی رفتار ابرخازنی، آزمون‌های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای و امپدانس الکتروشیمیایی و شارژ-دشارژ انجام شد. الکترودهای ساخته شده از گرافن و چهارچوب آلی-فلزی بر پایه مس در الکترولیت KOH M6، به ترتیب دارای ظرفیت ویژه F/g 217 و 187 بود، در حالی که کامپوزیت آنها دارای ظرفیت F/g 550 بود. در نتیجه، بهره‌مندی از خواص هم‌افزایی کامپوزیت و افزایش هدایت الکتریکی چهارچوب‌های آلی-فلزی با گرافن، منجر به در دسترس‌پذیری بیشتر تخلخل‌ها و افزایش ظرفیت کل ذخیره بار شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synergic effect of flower-like Cu-based metal-organic framework/graphene nanostructures on electrochemical performance of supercapacitors

نویسندگان [English]

  • Marziyeh Azadfalah 1
  • Arman Sedghi 2
  • Hadi Hosseini 3
1 Department of Metallurgy and Materials Science, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
2 Department of Metallurgy and Materials Science, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
3 Department of Chemistry, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Supercapacitor
  • Nanocomposite
  • Graphene
  • Metal-organic framework