Porfirinler, bitkiler ve insanlar, ham petrol gibi çok çeşitli yerlerde bulunan karmaşık organik kimyasal bileşikler sınıfındandır. Bazı çeşitleri yarı iletkenlik, ışıldama, fotoiletkenlik, paramanyetizma gibi özelliklere sahipken bir...
morePorfirinler, bitkiler ve insanlar, ham petrol gibi çok çeşitli yerlerde bulunan karmaşık organik kimyasal bileşikler sınıfındandır. Bazı çeşitleri yarı iletkenlik, ışıldama, fotoiletkenlik, paramanyetizma gibi özelliklere sahipken bir kısmı katalizördür. Biyolojik sistemlerdeki porfirin türevleri ya metal içermemekte ya da demir (hemler), magnezyum (klorofiller), kobalt (B12 vitamini), nikel (kofaktör F430) ve bakır (pigmentler) içermektedir. Bunlardan biri olan klorofil, doğal fotosentez sürecinde, gelen ışığı birçok kompleks basamakla yaklaşık %100 kuantum verimiyle kimyasal enerjiye dönüştürmektedir. Bu bilimsel fenomen, çeşitli disiplinlerden birçok bilim insanına serbest baz veya metaloporfirin türevlerini kapsamlı bir şekilde incelemeleri için ilham vermekte ve vermeye devam etmektedir. Aromatik makrosiklikler oluşturmak üzere dört metiliden (-CH=) köprüsü aracılığıyla birbirine bağlanan konjuge 18 π elektron içeren dört pirolik alt birimden oluşan ve bu sayede özel redoks özelliklerine sahip olan porfirinlerin bu özelliklerinin hibrit nano yapılarda ve nanofiberlerle birleştirilmesiyle çeşitli uygulama alanlarında kullanılabilecek gelişmiş algılama ve enerji depolama özelliklerine sahip yeni malzemeler elde edilebilmektedir. Bu tez kapsamında işlem görmemiş nanofiber ve karbon nanofiberlerin porfirin ile katkılanıp çeşitli yöntemlerle modifiye edilmesiyle (elektroeğirme ile kaplama, Drop Casting (damla döküm)) elektrokimyasal sensör ve hibrit süperkapasitörlere entegre edilebilecek pil tipi elektrot potansiyelinin araştırılması amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, çalışmanın birinci bölümünde; kafeine duyarlı elektroeğrilmiş poliakrilonitril-(5,10,15,20-tetra(4-tert butilfenil)-porfirin)/karbon keçe elektrot (PAN-Por/CFE) nanofiber elektrokimyasal sensör üretilmiştir. Bu çalışma, elektroeğirme yöntemiyle CFE'nin PAN-Por nanofiber ile kaplanmasıyla basit, geliştirilebilir ve uygun maliyetli elektrokimyasal kafein sensörü için yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Bildiğimiz kadarıyla (5,10,15,20-tetra(4-tert bütilfenil)-Por) içeren kafeine duyarlı elektroeğrilmiş elektrokimyasal sensörlerin üretimini kapsayan ilk çalışmadır. PAN-Por/CFE modifiye elektrotu elde etmek için öncelikle PAN-Por öncülleri hazırlanmış ve daha sonra elektroeğirme yoluyla CFE'ye kaplanmıştır. Saf PAN ve farklı oranlarda Por ilave edilerek elde edilen NF'lerin fizikokimyasal karakterizasyonları SEM, FTIR, UV-Vis ve polarizasyon optik mikroskop (POM) teknikleri kullanılarak yapılmıştır. PAN-Por/CFE'nin elektrokimyasal karakterizasyonu ise CV, LSV ve DPV ile gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen kafein sensörü için algılama limiti 15–1000 μM doğrusal aralığında 14,06 µM olarak hesaplanmıştır. Ayrıca ölçüm limiti 42,60 µM olarak tanımlanırken, 50 µM kafein için bağıl standart sapma değeri %0,58 olarak hesaplanmıştır. Farklı kahve örneklerinde kafein tespiti için %99,3 ile %102,4 arasında değişen geri kazanım değerleri elde edilmiş ve önerilen yöntem başarıyla uygulanmıştır. Sonraki çalışmada ise PAN-Por nanofiberler elektroeğirme yöntemiyle üretilmiş, karbonize edilip CFE ile modifiye elektrotlar üretilmiş, pil tipi hibrit süperkapasitör elektrot potansiyeli araştırılmış, bunun için fizikokimyasal analizleri SEM, EDS, XRD, FTIR ve POM ile, elektrokimyasal analizleri CV, GCD ve EIS ile yapılmıştır. Yapılan elektrokimyasal analizlerden CV analizinde pil tipi malzemelerin gösterdiği redoks eğrileri gözlenmiş, spesifik kapasitansı 0.5 mV/s tarama hızında 220 F/g olarak hesaplanmış, düşük tarama hızlarında (0.5, 3, 5, 10 mV/s) pil tipi davranış göstermiş, düşük tarama hızlarından alınan verilerle çizilen log tarama hızı-log pik akım grafiğinden b değeri 0.238 olarak bulunmuştur. 'b' değeri belirgin bir difüzyon kontrollü işlemi gösteren bir eğimi ifade etmektedir ve değeri PP2C'nin pil tipi davranışını doğrulamıştır. PP2C/CFE çalışma elektrotu maksimum çalışma voltajına ulaştığında CV analiziyle tutarlılık göstermiş, pil sınıfı şarj depolama mekanizmasını gösteren simetrisi bozulmuş GCD eğrilerini ortaya çıkarmıştır. GCD eğrisinden 0.5 A/g akım yoğunluğunda spesifik kapasitans 177 F/g ve spesifik kapasite değeri yine 0.5 A/g'da 284 mAh/g olarak hesaplanmıştır. 3 A/g akım yoğunluğunda %110.60 ile en yüksek kulombik verime sahip olduğu görülmüştür ancak 4 A/g'da %78.95 değerine düşmüştür. Maksimum enerji yoğunluğu 0.5 A/g akım yoğunluğunda 98.3 Wh/kg ve güç yoğunluğu 348.6 W/kg olarak hesaplanmıştır. Yapılan döngü stabilite testinde 3.5 A/g akım yoğunluğunda 50 şarj-deşarj döngüsü yapılmış, spesifik kapasitansın başlangıç değerinden itibaren %88 civarında artış gösterdiği görülmüştür. Ancak 6 A/g akım yoğunluğunda yapılan 1000 döngülük testte, ilk döngüdeki spesifik kapasitans 1.83 F/g, 1000. döngüdeki spesifik kapasitans 0.371 F/g olarak ölçülmüş, yüksek akım yoğunluğunda kapasitans tutma dayanımı düşmüş ancak 1000 döngü yapılan elektrota tekrar 2 A/g'da GCD testi uygulanmış, GCD eğrisinde bozulma gözlenmemiş, elektrottaki aktif malzemenin tükenmediği görülmüştür. Yapılan EIS analizi ise 17.51 Ω eşdeğer seri direnç, yüksek frekans bölgesinde 24 Ω yük transfer direnci ve düşük frekans bölgesinde kütle transfer direncinden kaynaklanan 174 Ω elektrot direnci ile gözenekli PP2C/CFE elektrotun pil tipi elektrot empedans davranışı gösterdiğini de desteklemiştir.