شیمى کاربردى روز

شیمى کاربردى روز

بررسی عملکرد الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت کربن دوپ شده با نیتروژن- اکسید کبالت/نیکل، مشتق شده از چارچوب آلی-‌فلزی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران
2 ، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران
چکیده
در این پژوهش، نانوکامپوزیت کربن دوپ شده با نیتروژن- اکسید کبالت/نیکل (NiCo@NC) مشتق شده از یک چارچوب آلی-فلزی، با استفاده از روش پیرولیز کنترل‌شده سنتز و به‌عنوان ماده الکترودی برای کاربردهای ابرخازنی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیزهای ساختاری و ریخت‌شناسی شامل XRD، FTIR، FESEM، TEM، EDX و BET تشکیل موفق نانوکامپوزیت NiCo@NC، حفظ مورفولوژی مشتق‌شده از چارچوب آلی- فلزی اولیه و ایجاد ساختار متخلخل با سطح ویژه m² g⁻¹ 71/21 و قطر متوسط منافذ nm 87/4 را تأیید کردند.
ارزیابی‌های الکتروشیمیایی نشان داد که نانوکامپوزیت NiCo@NC در محیط الکترولیت قلیایی عملکرد ابرخازنی قابل‌توجهی از خود نشان می‌دهد. نتایج ولتامتری چرخه‌ای بیانگر رفتار شبه‌خازنی غالب و مشارکت فعال واکنش‌های فارادیک در فرآیند ذخیره‌سازی بار بود. آزمون شارژ-دشارژ گالوانواستاتیک نشان داد که این الکترود در چگالی جریان A g⁻¹ 1 ظرفیت ویژه‌ای معادل F g⁻¹ 553 ارائه می‌دهد و با افزایش چگالی جریان تا A g⁻¹ 5، ظرفیت قابل قبولی در حدود F g⁻¹ 275 را حفظ می‌کند. آنالیز امپدانس الکتروشیمیایی کاهش مقاومت انتقال بار الکترود (Ω 95/0≈ Rct) NiCo@NC نسبت به چارچوب آلی-فلزی اولیه را نشان داد که بیانگر انتقال الکترونی و یونی کارآمدتر در ساختار نانوکامپوزیت است. همچنین آزمون پایداری چرخه‌ای نشان داد که الکترود تهیه‌شده پس از 1000 چرخه شارژ-دشارژ، حدود 109٪ از ظرفیت اولیه خود را حفظ می‌کند. در مجموع، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که نانوکامپوزیت NiCo@NC، به دلیل ظرفیت ویژه بالا، مقاومت انتقال بار کم و پایداری چرخه‌ای مناسب، یک گزینه امیدبخش برای توسعه الکترودهای پیشرفته در سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی به‌ویژه ابرخازن‌ها محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the electrochemical performance of nitrogen-doped carbon-cobalt/nickel oxide nanocomposite derived from metal-organic framework

نویسندگان English

Mohammad Soleimani Lashkenari 1
Zahra Ghorban Nasab 1
Majid Eshagh Nimvari 2
Fakhrodin Nazari 2
1 Faculty of Engineering Modern Technologies, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran
2 Faculty of Engineering Modern Technologies, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran
چکیده English

In this study, a carbon nanocomposite doped with nitrogen-cobalt/nickel oxide (NiCo@NC) derived from a metal-organic framework was synthesized using a controlled pyrolysis method and investigated as an electrode material for supercapacitor applications. The results of structural and morphological analyses including XRD, FTIR, FESEM, TEM, EDX and BET confirmed the successful formation of the NiCo@NC nanocomposite, the preservation of the morphology derived from the initial metal-organic framework and the creation of a porous structure with a specific surface area of ​​21.71 m² g⁻¹ and an average pore diameter of 4.87 nm.
Electrochemical evaluations showed that the NiCo@NC nanocomposite exhibited remarkable supercapacitive performance in alkaline electrolyte medium. Cyclic voltammetry results indicated the dominant quasi-capacitive behavior and the active participation of faradaic reactions in the charge storage process. Galvanostatic charge-discharge test showed that this electrode provides a specific capacity equivalent to F g⁻¹ 553 at a current density of 1 A g⁻¹ and maintains an acceptable capacity of about F g⁻¹ 275 with increasing current density to A g⁻¹ 5. Electrochemical impedance analysis showed a decrease in the charge transfer resistance of the NiCo@NC electrode (Rct ≈ 0.95 Ω) compared to the original metal-organic framework, indicating more efficient electron and ion transport in the nanocomposite structure. Also, the cyclic stability test showed that the prepared electrode retains about 109% of its initial capacity after 1000 charge-discharge cycles. Overall, the results of this study show that the NiCo@NC nanocomposite, due to its high specific capacitance, low charge transfer resistance, and good cyclic stability, is a promising option for the development of advanced electrodes in energy storage systems, especially supercapacitors.

کلیدواژه‌ها English

Supercapacitor
Metal-organic framework
Carbon-metal oxide nanocomposite
Nitrogen-doped carbon
Pyrolysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 04 مرداد 1405