حمیدرضا غفوری طالقانی

باگسترش فناوری‌ درزمینه ذخیره‌سازی انرژی، ابرخازن‌ها به‌عنوان فناوری جدید شناخته شده‌اند. ازجمله مزیت‌های این تجهیز ظرفیت مناسب، چگالی توان بالا و طول‌عمر زیاد می‌باشد. ازطرفی مواد نوظهوری به‌نام مکسین‌ها به‌دلیل خواص فوق‌العاده، موردتوجه جهانی قرارگرفته‌است. دراین پژوهش ‌به سنتز و مشخصه‌یابی ساختار مکسین کربید تیتانیوم و همچنین‌به به‌کارگیری آن در کامپوزیت مکسین-نیکل‌اکسید-پلی‌آنیلین (MXene-NiO-PANI) در ابرخازن پرداخته می‌شود. جهت سنتز مکسین ابتدا فازمکس کربید تیتانیوم سنتز و پس‌از آن مکسین توسط اسیدشویی فازمکس ساخته‌شد. سپس سایر مواد الکترودی نیکل‌اکسید، پلی‌آنیلین، مکسین-نیکل‌اکسید، مکسین-پلی‌آنیلین و مکسین-نیکل‌اکسید-پلی‌آنیلین به‌ترتیب بااستفاده‌از روش‌های هیدروترمال و به‌دنبال آن کلسینه‌کردن، پلیمریزاسیون شیمیایی، سنتز می‌شوند. ساختار و مورفولوژی نمونه‌های سنتز شده توسط روش‌های دستگاهی تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR)، پراش پرتو ایکس (XRD) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FESEM) و طیف‌سنجی نقشه‌برداری پراش پرتو ایکس (EDX-MAP) بررسی می‌شوند. نتایج حاصل‌از تست FT_IR وجود پیوندهای بین مکسین و اکسید‌نیکل در طول موج‌های بین cm-1 500-600 مشاهده شد و حضور پلی‌آنیلین در ساختار کامپوزیت MXene-NiO-PANI نیز تاییدشد. تست XRD برای تمامی نمونه‌های سنتزی بررسی‌شد و تمامی پراش‌های شاخص تشکیل‌ ماده مشاهده‌شد. درطی تصاویر FE-SEM ملاحظه‌شد که مکسین کربید تیتانیوم به‌صورت ساختار لایه‌لایه به‌خوبی تشکیل شده‌است. همچنین نانوصفحات مکسین به‌عنوان یک بستر عمل‌کرده و با داشتن مساحت سطح‌ویژه و منافذ فراوان موجب تسهیل انتقال الکترون و بهبود عملکرد خازنی MXene/NiO/PANI شده‌است. توسط تستBET ، اندازه‌گیری میزان تخلخل و مساحت-ویژه انجام‌شد، که حضور مزوحفره‌ها برروی سطح و افزایش مساحت‌ویژه در کامپوزیت MXene-NiO-PANI نسبت‌به سایر نمونه‌های سنتزی را نشان‌داد. درنتیجه صحت تشکیل ماده، به‌درستی در تمامی تست‌های مشخصه‌یابی نشان داده‌شد. پس‌از تایید ساختار توسط تست‌های مشخصه‌یابی، عملکرد الکتروشیمیایی مواد الکترودی، تست‌های ولتامترِی چرخه‌ای (CV)، شارژ/تخلیه‌ گالوانواستاتیک (GCD)، طیف‌سنجی امپدانس (EIS) و پایداری الکترود مورد بررسی قرار‌گرفت. باتوجه‌به نتایج CV کامپوزیت MXene/NiO/PANI، F/g 63/811 با سرعت‌روبش mV/s 10 از خود نشان‌داد. همچین نتایج حاصل‌از GCD، ظرفیت ویژه این کامپوزیت 6/1244 در چگالی‌جریان A/g 1 نشان می‌دهد. درآخر به‌منظور بررسی پایداری ظرفیت الکترود تست پایداری چرخه‌ای تا 2000 چرخه گرفته‌شد و الکترود کامپوزیت بیش‌از 91% از ظرفیت ‌اولیه خود را حفظ نمود. کامپوزیت MXene/NiO/PANI با-داشتن رسانایی بالا، مساحت سطح‌ویژه مناسب و مکان‌های فعال فراوان برای انجام واکنش‌های اکسایش-کاهش قادر به تسهیل فرآیند انتقال الکترون بوده و درنهایت عملکرد الکتروشیمیایی مطلوبی را از خود نشان می‌دهد.