Визначення впливу сольвотермічної обробки на структурні та електрохімічні властивості графеноподібних матеріалів для застосування в суперконденсаторах
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.330856Ключові слова:
графеноподібний матеріал, біомаса кокосової шкаралупи, сольвотермічна обробка, етиленгліколь, електрохімічні характеристики, суперконденсаторАнотація
Об'єктом цього дослідження є графеноподібний матеріал, синтезований з біомаси кокосової шкаралупи за допомогою сольвотермічного процесу з використанням етиленгліколю (98%) як диспергуючого середовища. Були досліджені розшаровані вуглецеві нанолисти, призначені для використання як електродні матеріали в суперконденсаторах. Дослідження стосується проблеми покращення структурної якості та електрохімічних характеристик вуглецевих матеріалів, отриманих з біомаси, для накопичення енергії. Сольвотермічний процес застосовувався при різних концентраціях етиленгліколю (1, 3 та 5 мг/мл), а синтезовані зразки порівнювалися з необробленим контролем. Результати показують, що зразок, оброблений 3 мг/мл (SL-2), продемонстрував найсприятливіші характеристики, включаючи зменшення міжшарової відстані (0,39 нм), утворення тонких нанолистів та зменшення кількості кисневмісних функціональних груп, що підтверджується аналізами методами просвічуючої електронної мікроскопії, інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур' є та енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Ці структурні покращення пояснюються комбінованим впливом теплової енергії та розшаровування за допомогою розчинника, що сприяло частковій деоксигенації та перевпорядкуванню вуглецевих шарів. БЕТ-аналіз виявив високу питому площу поверхні 872,886 м²/г, що сприяє покращеній доступності іонів. Електрохімічні вимірювання продемонстрували питому ємність 31,50 Ф/г для SL-2, що значно вище, ніж у необробленого зразка (6,32 Ф/г), разом із нижчим внутрішнім опором (1,87 Ом) та тривалішим часом заряду-розряду (39,90 с), що свідчить про покращений іонний транспорт та провідність. Ці результати підкреслюють потенціал цього сталого та настроюваного методу виробництва економічно ефективних, екологічно чистих електродів для суперконденсаторів
Посилання
- Ahmad, F., Zahid, M., Jamil, H., Khan, M. A., Atiq, S., Bibi, M. et al. (2023). Advances in graphene-based electrode materials for high-performance supercapacitors: A review. Journal of Energy Storage, 72, 108731. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108731
- Mishra, S., Srivastava, R., Muhammad, A., Amit, A., Chiavazzo, E., Fasano, M., Asinari, P. (2023). The impact of physicochemical features of carbon electrodes on the capacitive performance of supercapacitors: a machine learning approach. Scientific Reports, 13 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33524-1
- Aimon, A. H., Rahmawati, D., Sutarto, R., Marsudi, M. A., Wibowo, A., Iskandar, F. (2024). Simple and Harmless Fabrication of Reduced Graphene Oxide-Based Transparent Conductive Film Using L-Ascorbic Acid as Reducing Agent. Arabian Journal for Science and Engineering, 49 (7), 10181–10191. https://doi.org/10.1007/s13369-024-09045-y
- Pei, S., Cheng, H.-M. (2012). The reduction of graphene oxide. Carbon, 50 (9), 3210–3228. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.11.010
- Widanarto, W., Wulandari, R., Rahmawati, D., Cahyanto, W. T., Sari, K., Effendi, M. et al. (2024). Microwave irradiation-induced yield enhancement of coconut shell biomass-derived graphene-like material. Physica Scripta, 99 (6), 065949. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad4691
- Rahman, M. O., Nor, N. B. M., Sawaran Singh, N. S., Sikiru, S., Dennis, J. O., Shukur, M. F. bin Abd. et al. (2023). One-Step Solvothermal Synthesis by Ethylene Glycol to Produce N-rGO for Supercapacitor Applications. Nanomaterials, 13 (4), 666. https://doi.org/10.3390/nano13040666
- Pham, P. V., Mai, T.-H., Dash, S. P., Biju, V., Chueh, Y.-L., Jariwala, D., Tung, V. (2024). Transfer of 2D Films: From Imperfection to Perfection. ACS Nano, 18 (23), 14841–14876. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c00590
- Novoselov, K. S., Geim, A. K., Morozov, S. V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S. V. et al. (2004). Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science, 306 (5696), 666–669. https://doi.org/10.1126/science.1102896
- Dreyer, D. R., Park, S., Bielawski, C. W., Ruoff, R. S. (2010). The chemistry of graphene oxide. Chem. Soc. Rev., 39 (1), 228–240. https://doi.org/10.1039/b917103g
- Wang, Y., Duan, Y., Liang, X., Tang, L., Sun, L., Wang, R. et al. (2023). Hierarchical Porous Activated Carbon Derived from Coconut Shell for Ultrahigh-Performance Supercapacitors. Molecules, 28 (20), 7187. https://doi.org/10.3390/molecules28207187
- Widanarto, W., Solehudin, H., Rahmawati, D., Byennardsi, S. D., Effendi, M., Ghoshal, S. K., Kurniawan, C. (2025). Lanthanum-doped rGO from biomass: a sustainable electrode material for enhanced supercapacitor performance. Engineering Research Express, 7 (2), 025004. https://doi.org/10.1088/2631-8695/adca8b
- Huo, Y., Xiu, S., Meng, L.-Y., Quan, B. (2023). Solvothermal synthesis and applications of micro/nano carbons: A review. Chemical Engineering Journal, 451, 138572. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138572
- Mahmun, A., Deoghare, A. B. (2024). A comparative study on coconut shell-derived graphene oxide and reduced graphene oxide. Current Applied Physics, 62, 12–21. https://doi.org/10.1016/j.cap.2024.03.009
- Gupta, B., Kumar, N., Panda, K., Kanan, V., Joshi, S., Visoly-Fisher, I. (2017). Role of oxygen functional groups in reduced graphene oxide for lubrication. Scientific Reports, 7 (1). https://doi.org/10.1038/srep45030
- Shams, M., Guiney, L. M., Huang, L., Ramesh, M., Yang, X., Hersam, M. C., Chowdhury, I. (2019). Influence of functional groups on the degradation of graphene oxide nanomaterials. Environmental Science: Nano, 6 (7), 2203–2214. https://doi.org/10.1039/c9en00355j
- Carrera, C., Galán-González, A., Maser, W. K., Benito, A. M. (2025). Multifaceted role of H2O2 in the solvothermal synthesis of green-emitting nitrogen-doped graphene quantum dots. Chemical Science, 16 (8), 3662–3670. https://doi.org/10.1039/d4sc07896a
- Popov, I. A., Bozhenko, K. V., Boldyrev, A. I. (2011). Is graphene aromatic? Nano Research, 5 (2), 117–123. https://doi.org/10.1007/s12274-011-0192-z
- Yu, W., Sisi, L., Haiyan, Y., Jie, L. (2020). Progress in the functional modification of graphene/graphene oxide: a review. RSC Advances, 10 (26), 15328–15345. https://doi.org/10.1039/d0ra01068e
- Nethravathi, C., Rajamathi, M. (2008). Chemically modified graphene sheets produced by the solvothermal reduction of colloidal dispersions of graphite oxide. Carbon, 46 (14), 1994–1998. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.08.013
- Sankar, S., Lee, H., Jung, H., Kim, A., Ahmed, A. T. A., Inamdar, A. I. et al. (2017). Ultrathin graphene nanosheets derived from rice husks for sustainable supercapacitor electrodes. New Journal of Chemistry, 41 (22), 13792–13797. https://doi.org/10.1039/c7nj03136j
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Wahyu Widanarto, Dedi Setiawan, Mukhtar Effendi, Wahyu Tri Cahyanto, Retno Supriyanti, Muhammad Syaiful Aliim, Dina Rahmawati, Candra Kurniawan
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
