مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

بررسی کارایی گرافن با نقص ساختاری و عامل‌دار شده با C6H4 به عنوان ماده فعال الکترودی در ابرخازن‌ها

نویسندگان

سید‌مرتضی موسوی‌خوشدل 1
محمد صفی رحمانی‌فر 2
احسان تارقلی 1

1 دانشکده شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 دانشکده علوم، دانشگاه شاهد، تهران

https://doi.org/10.18869/acadpub.ijpr.16.4.273
چکیده
در این تحقیق با استفاده از محاسبات DFT ظرفیت کوانتومی الکترودهای متشکل از مشتقات گرافنی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که وجود نقص‌های ساختاری در غلظت‌های کافی به دلیل ایجاد حالت‌های ناخالص ناشی از اوربیتال‌های pz اتم‌های کربن درگیر در نقص می‌تواند ظرفیت کوانتومی ابرخازن پایه گرافنی را افزایش دهد. در محاسبات دیگری تاثیر عامل‌دار کردن صفحات گرافنی با گروه عاملی C6H4 بر روی ظرفیت کوانتومی الکترودهای پایه گرافنی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج دلالت بر این امر داشت که در مورد گرافن عامل‌دار شده با این گروه عاملی، ظرفیت کوانتومی در پتانسیل‌های بزرگتر از V0/1 و کوچکتر از V 0/1- افزایش چشمگیری نسبت به گرافن اولیه خواهد داشت. در مورد پیکربندی‌های مرکب از نقص ساختاری و عامل‌دار شده با گروه عاملی C6H4 نتایج موید افزایش قابل توجهی در ظرفیت کوانتومی مشتقات مورد بررسی در مقایسه با گرافن اولیه بود.

کلیدواژه‌ها

ابرخازن
گرافن عامل‌دار شده
محاسبات DFT
ظرفیت کوانتومی

عنوان مقاله English

Evaluating the performance of graphene with structural defect and functionalized by –C6H4 as an electrode active material for supercapacitors

نویسندگان English

S M Mousavi-Khoshdel 1
M Safi Rahmanifar 2
E Targholi 1
چکیده English

In this study, quantum capacitance of graphene-based electrodes is evaluated using Density Functional Theory (DFT) calculations. The obtained results showed that quantum capacitance of graphene-based supercapacitors could be significantly improved by existence of structural defects on the graphene sheets at sufficiently high concentrations because of creating impure states resulted from carbon p < /font>z orbitals involved in defect. In another section of calculations, quantum capacitance of functionalized graphene with –C6H4, is evaluated. The obtained results of calculations showed that functionalized graphene with this functional group have a very good capacitance in comparison with pristine graphene, especially at smaller voltages of less than -1.0 V or greater than 1.0 V. Hybrid configurations between structural defects and functional group of –C6H4 was also studied. In general, the results indicated that the combined configuration shows higher capacity than pristine graphene

کلیدواژه‌ها English

supercapacitor
functionalized graphene
DFT calculations
quantum capacitance
1. L L Rice, “Electrostatic capacitor” (1962).
2. H I Becker, “Low voltage electrolytic capacitor” (1957).
3. S Sarangapani, B V Tilak and C Chen, J Electrochem Soc. 143 (1996) 3791.
4. Y Wang, Z Shi, Y Huang, Y Ma, C Wang and M Chen, et al., J Phys Chem C 113 (2009)13103.
5. L R Shiue, C S Cheng, J H Chang, L P Li, W T Lo, and K F Huang, “Supercapacitor with high energy density” (2004).
6. J L Kaschmitter, S T Mayer and R W Pekala, “Supercapacitors based on carbon foams” (1993).
7. L L Zhang, R Zhou and X S Zhao, J Mater Chem 20 (2010)5983.
8. A M Namisnyk, “A survey of electrochemical supercapacitor technology”, University of Technology, Sydney, (2003).
9. L L Zhang, X S Zhao, “Carbon-based materials as supercapacitor electrodes”, Royal Society of Chemistry, (2009).
10. K Milowska, M Birowska, and J Majewski Diam Relat Mater 23 (2012) 167.
11. Y Wang, H Sun, R Zhang, S Yu and J Kong. Carbon N Y 53 (2013) 245.
12. K Milowska, “Mechanical and Electrical Properties of Covalently Functionalized Carbon Nanotubes and Graphene Layers”, Department of Condensed Matter Physics, (2013).
13. P Plachinda, D Evans and R Solanki, Solid State Electron 79 (2013) 262. doi:10.1016/j. sse. (2012).08. 009.
14. Y Chen, X Zhang, D Zhang, P Yu and Y Ma, Carbon N Y 49 (2011) 573.
15. A Du Pasquier, I Plitz, S Menocal, and G Amatucci, J Power Sources 115 (2003) 171.
16. C D Lokhande, D P Dubal, and O-S Joo, Curr Appl Phys 11 (2011) 255.
17. E Frackowiak., Phys Chem Chem Phys 9 (2007) 1774.
18. E Paek, A J Pak, K E Kweon and G S Hwang., J Phys Chem C 117 (2013) 5610.
19. B E Conway, “Electrochemical supercapacitors”, New York: New york Kluwer Academic (1999).
20. H Y Lee, and J B Goodenough., J Solid State Chem 144 (1999) 220.
21. T Fang, A Konar, H Xing, D Jena., Appl Phys Lett 91 (2007) 92109.
22. E Paek, A J Pak, G S Hwang., J Electrochem Soc., 160 (2012) 1.
23. B C B Wood, T Ogitsu, M Otani, and J Biener, J Phys Chem C 118 (2013) 4.
24. D L John, L C Castro and D L Pulfrey., J Appl Phys 96 (2004) 5180.
25. S M Mousavi-Khoshdel, and E Targholi., Carbon 89 (2015) 148.
26. P Giannozzi, S Baroni, N Bonini, M Calandra, R Car, C Cavazzoni, et al., J Phys Condens Matter 21 (2009) 395502.
27. J P Perdew, K Burke and M Ernzerhof., Phys Rev Lett 77 (1996) 3865.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی