توصيفگر ها :
چارچوب هاي آلي كووالانسي , آزو دي آنيلين , ابرخازن , نانو الياف سلولزي , نانوكامپوزيت
چكيده فارسي :
چارچوبهاي آلي كووالانسي (COFs) دسته اي از پليمرهاي متخلخل بلوري با ساختار تناوبي منظم و ويژگيهاي فوق العاده مناسب براي كاربردهاي مختلف از جمله ذخيره سازي انرژي هستند. در اين پژوهش، دو COFs مختلف بر اساس واكنش باز شيف بين مونومرهاي دي آمين و تري آلدهيد سنتز شد. دو COFs ( TFPA-AZO-COF و (TFPB-AZO-COF با استفاده از دي آمين، آزودي آنيلين (AZO) و تري آلدهيدهاي تريس (فرميل فنيل) آمين (TFPA) و 1,3,5-تريس (فرميل فنيل) بنزن (TFPB) سنتز گرديد. چارچوبهاي آلي كووالانسي سنتز شده با آزمونهاي مختلف مورد ارزيابي و بررسي قرار گرفتند. الگوهاي پراش پرتو ايكس (XRD) نشان دادند كه COF هاي سنتز شده بلورينگي مناسبي داشته و هم خواني زيادي با گزارشهاي قبلي پيرامون سنتز COF ها دارند كه ميتواند تاييدي بر تشكيل شبكه ي شش وجهي بلوري باشد. تجزيه و تحليل نتايج تخلخل سنجي جذب و واجذب(BET)، ميانگين قطر حفرهها، حجم كل منافذ و مساحت سطح ويژه به ترتيب براي نمونه يnm TFPB-AZO-COF 17، cm3 g 8/0، m2 g-1 987 و براي نمونه ي TFPA-AZO-COF به ترتيب nm19، cm3g 34/1، m2 g-1 425 برآورد شد. الكترودهاي ساخته شده ازدو COFs TFPB-AZO-COF و TFPA-AZO-COF عملكرد ابرخازني مناسبي را نشان دادند. بيشترين ظرفيت خازني ويژه براي نمونهها ي TFPB-AZO-COF وTFPA-AZO-COF به ترتيب Fg-1 450 و Fg-1 160 در چگالي جريانAg-1 1 به دست آمد. ابرخازن نامتقارن TFPB-AZO-COFداراي چگالي انرژي وچگالي توان به ترتيب Wh kg-16 /25 W kg-1 8800 والكترود TFPA-AZO-COF داراي چگالي انرژي و چگالي توان به ترتيب Wh kg-15/ 13W kg - 1 , 9000 در جريان A/g 10 است . در نهايت،COF هاي سنتز شده به بستر نانو الياف سلولزي (CNFs) به عنوان زمينه افزوده شد وفيلمهاي نانو كامپوزيتي از آنها تهيه گرديد و سپس با آزمونهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. بررسي رفتار حرارتي نمونه هاي نانوكامپوزيتي نشان داد كه دماي تخريب حرارتي CNFs خالص از °C 260 به °C 400 در حضور چارچوبهاي آلي كوالانسي افزايش يافته است كه نشان دهنده افزايش مقاومت حرارتي در حضورCOFs ميباشد. بررسي خواص مكانيكي فيلمها نيز نشان دادكه كرنش شكست فيلمهاي نانوكامپوزيتي تهيه شده نسبت به نمونه اوليه تا 30% افزايش داشته است. آزمونهاي الكتروشيميايي نشان دادكه نمونه ي CNF@COF-B بهترين عملكرد در زمينه ي ذخيره سازي انرژي را از خود نشان داد به گونه اي كه داراي ظرفيتFg-1 590 در جريانAg-1 1 است. چگالي انرژي و توان اين نمونه به ترتيب Whkg-1 34/26 و Wkg-1 390 به دست آمد.
چكيده انگليسي :
Covalent organic frameworks (COFs) are a class of crystalline porous polymers with periodic structures and exceptional properties suitable for various applications, such as energy storage. In this study, two different COFs were synthesized based on the Schiff base reaction between diamine and trialdehyde monomers, in which TFPB-AZO-COF and TFPA-AZO-COF were prepared using diamine azodianiline (AZO) and trialdehydes tris(formylphenyl)amine (TFPA) and 1,3,5 tris(formylphenyl)benzene (TFPB), respectively. The synthesized COFs were characterized using various analyses. The XRD patterns demonstrated that the synthesized COFs have appropriate crystallinity and show significant consistency with previous reports on the COF synthesis, which can confirm the formation of a hexagonal crystalline network. The BET analysis results estimated the average pore diameter, total pore volume, and specific surface area for TFPB-AZO-COF to be 17 nm, 0.8 cm³/g, and 987 m²/g, and for TFPA-AZO-COF to be 19 nm, 1.34 cm³/g, and 425 m²/g, respectively. The electrodes made from the two COFs, TFPB-AZO-COF and TFPA-AZO-COF, demonstrated an appropriate cycling performance. The highest specific capacitance for TFPB-AZO-COF and TFPA-AZO-COF was 450 and 160 F/g at current density of 1 A/g, respectively. The asymmetric supercapacitor at current of 10 A with TFPB-AZO-COF exhibited an energy density of 25.16 Wh/kg and a power density of 8800 W/kg, while TFPA-AZO-COF exhibited an energy density of 13.15 Wh/kg and a power density of 9000 W/kg. Finally, the synthesized COFs were added to a cellulose nanofiber substrate as a matrix and investigated by various characterization tests. Thermal analysis showed that thermal stability of the pure CNFs in the presence of COFs increased from 260 °C to 400 °C. Mechanical properties of the films were also investigated and showed that the fracture strain of the films increased by 30% compared to the pristine sample. The CNF@COF-B sample showed the best performance in energy storage, with a capacitance of 590 F/g at current density of 1 A/g. The energy density and power density of this sample were found to be 26.34 Wh/kg and 390 W/kg, respectively.The CNF@COF-B sample showed the best performance in energy storage, with a capacitance of 590 F/g at current density of 1 A/g. The energy density and power density of this sample were found to be 26.34 Wh/kg and 390 W/kg, respectively
