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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3878| Estudio de la formación de nanopartículas de óxidos metálicos sobre nanoparedes de grafeno Study of the formation of metal oxide nanoparticles on graphene nanowalls | |
| Daniel Eduardo Monjaras Jimenez | |
| SANTIAGO CAMACHO LOPEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| supercapacitores, nanopartículas, óxidos de manganeso, grafeno, láser de pulsos ultracortos, femtosegundos, capacitancia supercapacitors, nanoparticles, manganese oxide, graphene, ultrashort pulse laser, femtoseconds, capacitance | |
| En este trabajo se presenta el estudio experimental para la síntesis de nanopartículas (NPs) de óxidos de manganeso (Mn) sobre nanoparedes de grafeno mediante procesamiento láser, y se analiza su potencial aplicación para dispositivos de almacenamiento de energía, denominados supercapacitores. La fabricación de los electrodos híbridos se llevó a cabo utilizando un láser pulsado de femtosegundos (207 fs), con una rango de fluencias integradas de 181.8 - 727.2 J/cm2 a una frecuencia de repetición de 500 kHz. El procesamiento de los materiales se evaluó mediante dos procesos distintos, el primero a partir de la irradiación láser de un precursor organometálico, y el segundo, mediante la irradiación de nanopartículas de manganeso sintetizadas previamente por ablación láser de sólidos en líquidos. El estudio de los electrodos híbridos se llevó a cabo mediante técnicas de caracterización como: Microscopía Electrónico de Transmisión de alta resolución (morfología y fase cristalina), micro-Raman (composición y defectos estructurales) y espectroscopía de energía dispersiva (composición química). Por otra parte, se evaluó el comportamiento de los electrodos híbridos mediantes técnicas electroquímicas como: voltamperometría cíclica y carga-descarga galvanostática. Los resultados experimentales mostraron que es posible sintetizar y adherir NPs de óxidos de Mn de manera más estable en los electrodos, mediante la irradiación láser del precursor organometálico, logrando la adhesión de NPs con diámetros iguales o inferiores a 10 nm, con la presencia de óxidos de manganeso tales como: Mn3O4, Mn2O3 y MnO2, este último reportado en la literatura como la fase cristalina que contribuye mayormente al almacenamiento de energía en el supercapacitor. Por otro lado, se encontró que el electrodo híbrido e irradiado con una fluencia integrada de 727.7 J/cm2 mostró un aumento de capacitancia de alrededor de 7 veces respecto al electrodo de nanoparedes de grafeno (sin nanopartículas). Cabe señalar que este tipo de investigación es innovadora debido a la introducción de láseres de pulsos ultracortos en el área de fabricación de electrodos para el almacenamiento de energía. In this thesis, we present an experimental study of the synthesis of oxide manganese nanoparticles on graphene nanowalls processed by laser and their integration as energy storage devices (supercapacitors). Femtosecond laser pulses (270 fs) were used to fabricate the hybrid electrodes, with an integrated fluence range of 181.8 - 727.2 J/cm2 and a repetition rate of 500 kHz. We evaluated the adhered nanoparticles in two different ways: the first consisted of irradiated an organometallic precursor, and the other involved the irradiation of oxide manganese nanoparticles previously synthesized by the laser ablation of solids in liquids technique. Hybrid electrodes characterization was performed by High Resolution Transmission Electron Microscopy (morphology and crystalline phase), Raman Spectroscopy (defects and structural change), and Energy Dispersive Spectroscopy (chemical composition). Additionally, electrochemical techniques such as cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge were used to assess the energy storage performance of the devices. According to the results, laser irradiation of the organometallic manganese precursor allowed for more efficient growth of oxide manganese nanoparticles on electrodes. The nanoparticles nucleated have an average diameter equal to or less than 10 nm, and we identify the formation of a great variety of manganese oxide phases, such as: Mn3O4, Mn2O3 and MnO2, the last phase is attractive for energy storage devices. Furthermore, we found that the hybrid electrode irradiated at a constant fluence of 727.7 J/cm2 showed a significant 7-fold increase in capacitance compared to the graphene nanowalls electrode (non nanoparticles). It should be noted that this kind of investigation is innovative due to the application of ultrashort pulse lasers to fabricate hybrid electrodes for energy storage devices. | |
| CICESE | |
| 2023 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Monjaras Jimenez, D.E. 2023. Estudio de la formación de nanopartículas de óxidos metálicos sobre nanoparedes de grafeno. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 58 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| tesis_Daniel Eduardo Monjaras Jimenez_02 mayo 2023.pdf | Versión completa de la tesis | 15.09 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |