خواص ابرخازنی نیترید کربن گرافیتی لایه نشانی شده بر روی بستر نانوساختارهای متخلخل دی اکسید تیتانیوم احیا شده

یوسف زاده, سمیرا

doi:10.30501/jamt.2018.91738

خواص ابرخازنی نیترید کربن گرافیتی لایه نشانی شده بر روی بستر نانوساختارهای متخلخل دی اکسید تیتانیوم احیا شده

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

سمیرا یوسف زاده

دانشکده علوم پایه مهندسی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

10.30501/jamt.2018.91738

چکیده

در این مطالعه، نیترید کربن گرافیتی (g-C₃N₄) از چگالش گرمایی ملامین در دو دمای 450 و 550 درجه سانتیگراد ساخته شد. همچنین، الکترود نانوساختارهای متخلخل دی اکسید تیتانیوم (TiO₂ NP) به عنوان بستر برای لایه نشانی g-C₃N₄ با روش آندیزاسیون بر روی فویل تیتانیوم (Ti) ساخته شد و سپس برای بهبود رسانندگی الکتریکی به روش الکتروشیمیایی احیا گردید. لایه نیترید کربن گرافیتی به روش الکتروفورتیک بر روی الکترود نانوساختارهای متخلخل احیا شده (Re-TiO₂ NP/Ti) لایه نشانی گردید و الکترود نانوساختارهای متخلخل دی اکسید تیتانیوم احیا شده/نیترید کربن گرافیتی (g-C₃N₄/Re-TiO₂ NP/Ti) حاصل به عنوان الکترود ابرخازنی مورد استفاده قرار گرفت. مقایسهی خواص ابرخازنی الکترودهای (g-C₃N₄/Re-TiO₂ NP/Ti) نشان داد که بازده الکتروشیمیایی و ظرفیت ویژه الکترود g-C₃N₄(450)/Re-TiO₂ NP/Ti نسبت به الکترودg-C₃N₄(550)/Re-TiO₂ NP/Ti بیشتر است که این پدیده، به دلیل مقادیر بالای نیتروژن و در نتیجه، افزایش سایتهای فعال، افزایش انتقال بار و آبدوستی در الکترود g-C₃N₄(450)/Re-TiO₂ NP/Ti میباشد.

کلیدواژه‌ها

ابرخازن

الکترود نانوساختارهای متخلخل احیا شده دی اکسید تیتانیوم

نیترید کربن گرافیتی

ظرفیت ویژه

عنوان مقاله English

Supercapacitive properties of graphitic-carbon nitride deposited on reduced titanium dioxide porous nanostructured substrate

نویسنده English

Samira Yousefzadeh

Department of Physics, Faculty of Science, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran

چکیده English

In this study, graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) was made by thermal condensation of melamine at 450 and 550 °C. Moreover, the TiO₂ porous nanostructured electrode was fabricated as a substrate for the g-C₃N₄ deposition by anodization method on a titanium foil (Ti) and then, reduced by electrochemical method to improve electrical conductivity (Re-TiO₂ NP). The graphite carbon nitride layers were deposited on the porous nanostructured electrode (Re-TiO₂ NP/Ti) by electrophoretic technique and the g-C₃N₄/Re-TiO₂ NP/Ti electrodes were used as supercapacitor electrode. Comparison of the supercapacitive properties of the g-C₃N₄/Re-TiO₂ NP/Ti electrodes showed that the electrochemical efficiency and specific capacitance of the g-C₃N₄ (450)/Re-TiO₂ NP/Ti electrode is higher than the g-C₃N₄ (550)/Re-TiO₂ NP/Ti electrode due to the increased active sites and charge transfer and the enhanced hydrophilicity as result of its high nitrogen content.

کلیدواژه‌ها English

Supercapacitor

Reduced TiO2 porous nanostructured electrode

graphitic-Carbon Nitride

Specific capacitance

Bae, J., Song, M. K., Park, Y. J., Kim, J. M., Liu, M. and Wang, Z. L., Fiber supercapacitors made of nanowire‐fiber hybrid structures for wearable/flexible energy storage, Angewandte Chemie International Edition, 50 (2011) 1683-1687.
Kotz, R. and Carlen, M., Principles and applications of electrochemical capacitors, Electrochimica. Acta, 45 (2000) 2483-2498.
Miller, J. R. and Simon, P., Electrochemical capacitors for energy management, Science, 321 (2008) 651-652.
Wang, Y., Song, Y. and Xia, Y., Electrochemical capacitors: mechanism, materials, systems, characterization and applications, Chemical Society Reviews, 45 (2016) 5925-5950.
Zhao, Y., Xu, L., Huang, Sh., Bao, J., Qiu, J., Lian, J., Xu, L., Huang, Y., Xu, Y. and Li, H., Facile preparation of TiO₂/C₃N₄ hybrid materials with enhanced capacitive properties for high performance supercapacitors, Journal of Alloys and Compounds, 702 (2017) 178-185.
Dong, B., Li, M., Chen, Sh., Ding, D., Wei, W., Gao, G. and Ding, Sh., Formation of g-C₃N₄@Ni(OH)₂ honeycomb nanostructure and asymmetric supercapacitor with high energy and power density, ACS Applied Materials and Interfaces, 9 (2017) 17890-17896.
Li, Q., Xu, D., Guo, J., Ou, X. and Yan, F., Protonated g-C₃N₄@polypyrrole derived N-doped porous carbon for supercapacitors and oxygen electrocatalysis, Carbon, 124 (2017) 599-610.
Tahir, M., Cao, Ch., Mahmood, N., Butt, F. K., Mahmood, A., Idrees, F., Hussain, S., Tanveer, M., Ali, Z. and Aslam, I., Multifunctional g-C₃N₄ nanofibers: a template-free fabrication and enhanced optical, electrochemical, and photocatalyst properties, ACS Applied Materials and Interfaces, 6 (2014) 1258-1265.
Chang, X., Zhai, X., Sun, Sh., Gu, D., Dong, L., Yin, Y. and Zhu, Y., MnO₂/g-C₃N₄ nanocomposite with highly enhanced supercapacitor performance, Nanotechnology, 28 (2017) 135705.
Praus, P., Svoboda, L., Ritz, M., Troppova, I., Sihor, M. and Kocí, K., Graphitic carbon nitride: synthesis, characterization and photocatalytic decomposition of nitrous oxide, Materials Chemistry and Physics, 193 (2017) 438-446.
Lu, L., Wang, G., Zou, M., Wang, J. and Li, J., Effects of calcining temperature on formation of hierarchical TiO₂/g-C₃N₄ hybrids as an effective Z-scheme heterojunction photocatalyst, Applied Surface Science, 441 (2018) 1012-1023.
Faraji, M., Three-dimensional nanostructures of multiwalled carbon nanotubes/graphene oxide/TiO₂ nanotubes for supercapacitor applications, Applied Physics A, 122(2016) 697.
Liu, J., Li, J., Dai, M., Hu, Y., Cui, J., Wang, Y., Tan, H. H. and Wu, Y., Photo-assisted synthesis of coaxial-structured polypyrrole/electrochemically hydrogenated TiO₂ nanotube arrays as a high performance supercapacitor electrode, RSC Advances, 8 (2018) 13393-13400.
Kim, Ch., Kim, S., Hong, S. P., Lee, J. and Yoon, J., Effect of doping level of colored TiO₂ nanotube arrays fabricated by electrochemical self-doping on electrochemical properties, Physical Chemistry Chemical Physics, 18 (2016) 14370-14375.
Liu, N., Schneider, C., Freitag, D., Hartmann, M., Venkatesan, U., Muller, J., Spiecker, E. and Schmuki, P., Black TiO₂ nanotubes: cocatalyst-free open-circuit hydrogen generation,Nano Letters, 14 (2014) 3309-3313.
Kim, H. J., Kim, J. and Hong, B., Effect of hydrogen plasma treatment on nano-structured TiO₂ films for the enhanced performance of dye-sensitized solar cell, Applied Surface Science, 274 (2013) 171-175.