Süperkapasitör elektrot malzemesi olarak kullanılacak tiyofen türevlerinin kimyasal sentezi, elektropolimerizasyonu ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, süperkapasitör uygulamalarında kullanılabilirliğini araştırmak üzere literatürde daha önce hiç sentezlenmemiş olan üç farklı tiyofen türevi monomerin; 2-(4-(5-okso-4-(tiyofen-2-ilmetilen)-4,5-dihidrooksazol-2-il)fenil)-4-(tiyofen-2-ilmetilen)oksazol-5(4H)-on, (4), 2-(6-(5-okso-4-(tiyofen-2-ilmetilen)-4,5-dihidrooksazol-2-il)naftalin-2-il)-4-(tiyofen-2-ilmetilen)oksazol-5(4H)-on, (8) ve 2-(5-(5-okso-4-(tiyofen-2-ilmetilen)-4,5-dihidrooksazol-2-il)piridin-2-il)-4-(tiyofen-2-ilmetilen)oksazol-5(4H)-on, (12); sentezi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen monomerlerin spektorskopik karakterizasyonu nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir. Süperkapasitör uygulamalarında elektrot aktif malzemesi olarak kullanılan elektrotlar, kalem grafit elektrot (PGE) yüzeyinde monomerlerin polimerleştirilmesiyle elde edilmiştir. Hazırlanan elektrotların (PGE/PThPhOx, PGE/PThNapOx ve PGE/PThPydOx) yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile görüntülenmiştir. Elektrotların kapasitif özellikleri ikili ve üçlü elektrot sistemi kullanılarak dönüşümlü voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) yöntemleriyle araştırılmıştır. İkili elektrot sistemi ile elektrotlar hem anot hem de katot olarak kullanılarak simetrik (Tip 1) süperkapasitör hücreleri oluşturulmuştur. GCD yöntemi ile hücrelerin 1000 döngü sonunda %70,00'ten daha yüksek şarj-deşarj kararlılığına sahip olduğu tespit edilmiştir. Elektrokimyasal ölçümler sonucunda PGE/PThPhOx, PGE/PThNapOx ve PGE/PThPydOx'un süperkapasitör uygulamaları için umut verici malzemeler olduğu sonucuna varılmıştır.

In this thesis, three different thiophene-derived monomers; 2-(4-(5-oxo-4-(thiophene-2-ylmethylene)-4,5-dihydrooxazole-2-yl)phenyl)-4-(thiophene-2-ylmethyelene)oxazol-5(4H)-one, (4), 2-(6-(5-oxo-4-(thiophene-2-ylmethylene)-4,5-dihydrooxazol-2-yl)naphthalene-2-yl)-4-(thiophene-2-ylmethylene)oxazol-5(4H)-one, (8) and 2-(5-(5-oxo-4-(thiophene-2-ylmethylene)-4,5-dihydrooxazol-2-yl)pyrdine-2-yl)-4-(thiophene-2-ylmethylene)oxazol-5(4H)-one, (12); which have not been previously synthesized in the literature have been synthesized to investigate the availability in supercapacitor applications. Spectroscopic characterization of the obtained monomers has been performed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Electrodes used as electrode active materials in supercapacitor applications have been obtained by polymerizing monomers on pencil graphite electrode (PGE). The morphological characterization of the prepared electrodes (PGE/PThPhOx, PGE/PThNapOx ve PGE/PThPydOx) has been monitored by scanning electron microscopy (SEM). Capacitive properties of the electrodes have been investigated by CV, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic charge-discharge (GCD) methods using two or three electrode systems. Symmetrical (Type 1) supercapacitor celss have been formed by using each electrode both as anode and cathode in two electrode system. It has been found to have a charge-discharge stability of supercapacitor cells of more than 70.00% at the end of 1000 cycles by GCD. It is concluded that PGE/PThPhOx, PGE/PThNapOx ve PGE/PThPydOx are promising materials as a result of electrochemical measurements.