نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، پردیس دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، تهران، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر، با استفاده از روش‌های ارزان و سازگار با محیط ­زیست، گرافن­ اکسید (GO)، روی فوم اکسید نیکل، رسوب‌ نشانی شد. سپس، ورقه‏ های نازک GO، با روش‏ های مختلف الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای (CV)، کرونوآمپرومتری و کرونوپتانسیومتری، احیا شدند. تأثیر روش‌های مختلف رسوب ‏نشانی نیز بر خصوصیات ساختاری، مورفولوژی و ابرخازنی لایه نازک ERGO، با استفاده از پراش اشعه­ ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی رامان، ولتامتری چرخه‌ای و گالوانواستاتیک شارژ و دشارژ (GCD)، مورد بررسی قرار گرفت. تشکیل ERGO توسط هر سه حالت، با استفاده از الگوهای پراش اشعه ­ایکس، تأیید شد و تغییرات قابل ملاحظه‌ای نیز در ساختار و مورفولوژی لایه نازک ERGO، به ­علت حالت‏ های مختلف رسوب‌نشانی، مشاهده گردید. سپس، خواص ابرخازنی لایه نازک ERGO، در الکترولیت M KOH 1 مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که حداکثر مقدار ظرفیت خازنی برای حالت‏ های ولتامتری چرخه‌ای، روش‌های کرونوآمپرومتری و کرونوپتانسیومتری، به ترتیب، 1380، 1259 و 1995 فاراد بر گرم است که به طور کامل، در توافق با نتایج سطح ویژه و امپدانس است. نتایج، نشان داد که روش جریان ثابت، بهترین روش در احیای گرافن­ اکسید است و بیشترین گروه ‏های عاملی احیا شده و بیشترین دانسیته‏ نواقص و چروکیدگی صفحات را به خود اختصاص می ‏دهد. در نتیجه، این روش، می ‏تواند جایگزین روش ‏های شیمیایی، برای احیا گرافن ­اکسید شود و ضعف عمده‏ روش‏ های شیمیایی را که استفاده از مواد سمی در احیا است، برطرف کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of Different Types of Electrochemical Methods on the Super Capacitor Properties of Thin Graphene Oxide Reduced by Electrochemical Method

نویسندگان [English]

  • Majid Mirzaee
  • Changiz Dehghanian

School of Metallurgy and Materials Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

In the present study, Graphene oxide (GO) was deposited using inexpensive and environmentally-compatible methods on the nickel oxide foam. Then, GO thin films have been reduced by Cyclic Voltammetry (CV), Chronoamperometry and Chronopotentiometry modes of electrodeposition. The effects of different modes on structural, surface morphological and supercapacitive properties of ERGO thin films have been investigated by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM), Raman spectroscopy, Cyclic Voltammetry, and Galvanostatic charge and discharge (GCD). Formation of ERGO by all three modes is confirmed by X-ray diffraction (XRD) patterns. A Significant change in the surface morphologies of the ERGO thin film due to different modes has been observed. The supercapacitive properties of ERGO thin films have been studied in 1 M KOH electrolyte. The maximum supercapacitance obtained for potentiodynamic, potentiostatic, and galvanostatic modes is 1380, 1259, and 1995 F/g, respectively which is completely in agreement with the special level and impedance results. The results showed that the constant current method is the best way for the electrochemical reducing of graphene oxide. In this way, most functional groups have been reduced. In addition, a high density of the defects and wrinkling of the sheets is observed. Consequently, the method can replace chemical methods for the reducing of graphene oxide and eliminate the major weakness of chemical methods that use toxic substances.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modes of electrodeposition
  • Surface morphology
  • Supercapacitor
  • Electrochimacal characterization

1.   Inagaki, M., Konno, H., Tanaike, O., "Carbon materials for electrochemical capacitors", Journal of Power Sources, Vol. 195, No. 24, (2010), 7880-7903. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.036

2.   Frackowiak, E., Beguin, F., "Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors", Carbon, Vol. 9, No. 6, (2001), 937-950. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00183-4

3.   Davies, A., Yu, A., "Material advancements in supercapacitors: From activated carbon to carbon nanotube and graphene", The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 89, No. 6, (2011), 1342-1357. https://doi.org/10.1002/cjce.20586

4.   Edwards, R. S., Coleman, K. S., "Graphene synthesis: Relationship to applications", Nanoscale, Vol. 5, No. 1, (2013), 38-51. https://doi.org/10.1039/C2NR32629A

5.   Hummers Jr, W. S., Offeman, R. E., "Preparation of graphitic oxide", Journal of the American Chemical Society, Vol. 80, No. 6, (1958), 1339-1339. https://doi.org/10.1021/ja01539a017

6.   Eda, G., Fanchini, G., Chhowalla, M., "Large-area ultrathin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material", Nature Nanotechnology, Vol. 3, No. 5, (2008), 270-274. https://doi.org/10.1038/nnano.2008.83

7.   Kundu, M., Liu, L., "Direct growth of mesoporous MnO2 nanosheet arrays on nickel foam current collectors for high-performance pseudocapacitors", Journal of Power Sources, Vol. 243, (2013), 676-681. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.06.059

8.   Min, S., Zhao, C., Chen, G., Qian, X., "One-pot hydrothermal synthesis of reduced graphene oxide/Ni‏(OH)2 films on nickel foam for high performance supercapacitor",Electrochimica Acta, Vol. 115, (2014), 155-164. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.10.140

9.   Wang, H., Casalongue, S. H., Liang, Y., Dai, H., "Ni (OH)‏2 nanoplates grown on graphene as advanced electrochemical pseudocapacitor materials", Journal of the American Chemical Society, Vol. 132, No. 21, (2010), 7472-7477. https://doi.org/10.1021/ja102267j