الفهرس 
Introduction and overviewOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 246 |  |  |
| | | from | 246 | | |
Abstract
الجرافين هو مادة ذات شكل سداسي مكونة من ذرات الكربون المرتبطة مع بعضها البعض، ويتم تصنيفها ضمن المواد ثنائية الأبعاد. ويعتبر المادة الأساسية المكونة للجرافيت(الفحم) وقد سمي بالجرافين لأنه مشتق من الجرافيت حيث أن طبقات عديدة من الجرافين تكون الجرافيت. وعلى الرغم من مرونته العالية إلا أنه يعتبر من أقوى المواد المعروفة على الإطلاق، فهو أقوى من الفولاذ بحوالي ۲٠٠ مرة.
وقد تم استخلاصه لأول مرة في عام ٢٠٠٤ على يد العالمان جيم ونوفوسلوف، عن طريق تقشيره من الجرافيت باستخدام قطع من الاشرطة اللاصقة العادية حيث عملوا بواسطتها على نزع رقاقات من الجرافيت بشكل متكرر وكانا يحصلان في كل مرة على رقاقات تتألف من طبقات متعددة من الجرافين، من ثم عمد الباحثان إلى ربط القطع المنفصلة من الجرافيت باستخدام مادة السيليكون المتأكسد المستخدم في صناعة أشباه الموصلات ليتمكنا اخيرا من رؤية الجرافين. كما أن تطعيم الجرافين بالنيتروجين والبورون وكذلك بأكسيد المنجنيز يؤدي إلي تغيير في الخواص الكهربية والمغناطيسية وغيرها مما يزيد من استخداماته في مختلف التطبيقات.
- تتضمن هذه الرسالة تحضير عدد من المواد في الحجم النانومترى (۱٠ -٩) (متر) وهي تتمثل في كلا من التالي:
۱- صفائح الجرافين (G): أحد أشكال الكربون النانومترى.
۲- صفائح الجرافين المطعمة بكل من النيتروجين (NG) والبورون (BG) والنيتروجين بورون (NBG).
۳- صفائح الجرافين مع أكسيد المنجنيز (Mn3O4) بتركيزات مختلفة ((۱:۱) و (۱:۳) و (۳:۱)) إلى جانب أكسيد المنجنيز النقي.
- دراسة الخواص الفيزيائية والكهروكيميائية للمواد السابق ذكرها، إضافة إلى استخدامها كعوامل حفز في عملية أكسدة بعض المركبات العضوية مثل الميثيلين الأزرق (Methylene blue) والفينول (Phenol) باستخدام أشعة الشمس المرئية.
- استخدام المواد السابق ذكرها كإلكترودات مخزنة للطاقة (المكثفات فائقة السعة).
تنقسم الرسالة إلى خمسة أبواب رئيسية
- الباب الأول: يحتوي على مقدمة عامة في التكسير الحفزي للمواد العضوية والمكثفات فائقة السعة، والدراسات السابقة على المواد المحضرة والهدف من الرسالة والمراجع الأجنبية.
- الباب الثاني: يتناول شرح المبدأ النظري وطرق الحسابات المختلفة للحجم الذري للمواد والخواص الضوئية والخواص الكهربية وكذلك السعة الكهربية عن طريق تحليل نتائج القياسات الكهروكيميائية للمواد المحضرة، وذلك عن طريق:
۱- مقياس فرق الجهد الحلقي (Cyclic voltammetry).
۲- عمليات الشحن والتفريغ (Charge-discharge).
۳- استخدام المعاوقة المركبة (Impedance [Z’]).
- الباب الثالث: يتضمن المواد الكيميائية المستخدمة في التحضيرات، طرق تحضير المواد السابق ذكرها.
أ) استخدام تقنيات حديثة مختلفة لتوصيف مركبات الجرافين المطعمة بالمواد السابق ذكرها كالتالي:
۱- جهاز حيود الأشعة السينية (XRD).
٢- الميكروسكوب الإلكتروني عالي النفاذية (TEM).
٣- الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis).
٤- أطياف الأشعة تحت الحمراء (FTIR).
٥- دراسة الخواص السطحية (BET).
٦- أطياف أشعة رامن (Raman).
ب) دراسة الحركية للعينات واستخدام الضوء المرئي وأشعة الميكروويف في تكسير الصبغات والمواد العضوية.
جـ) تضمن هذا الباب طرق تحضير أقطاب المكثفات المراد قياس خواصها الكهروكيميائية على الزجاج الفلوري الموصل للتيار (في محلول تركيزه 1 عياري من كبريتات الصوديوم). وأيضا الطرق المستخدمة في قياس الخواص الكهروكيميائية لأقطاب المكثفات المحضرة كالتالي:
۱- مقياس فرق الجهد الحلقي (Cyclic voltammetry).
٢- عمليات الشحن والتفريغ (Charge-discharge).
٣- مطياف المعاوقة المركبة الكهروكيميائية (EIS).
- الباب الرابع: يشمل كلا من:
أ) كيفية التعرف على المركبات المحضرة وتعيين تركيبها الكيميائي، حجمها الحبيبي، شكلها البلوري، بالإضافة إلى خواصها السطحية وهي كالتالي:
۱- أكسيد الجرافين (GO).
٢- الجرافين المطعم بالنيتروجين (NG).
٣- الجرافين المطعم بالبورون (BG).
٤- الجرافين المطعم بالنيتروجين والبورون (NBG).
ب) شرح وتفسير النتائج التي تم الحصول عليها لاستخدام المواد المحضرة كعوامل حفز في تكسير الصبغات والمواد العضوية باستخدام الضوء المرئي
جـ) شرح وتفسير النتائج التي تم الحصول عليها من قياس الخواص الكهروكيميائية للأقطاب المحضرة.
أهم النتائج التي تم التوصل إليها:
۱- تم تحضير صفائح أكسيد الجرافين في الحجم النانومترى.
٢- تم تحضير الجرافين المطعم بالنيتروجين والبورون والنيتروجين بورون.
۳- إضافة التطعيم إلى الجرافين أدت إلى تصغير الحجم الجزيئي للبلورة، تغيير البعد الشبكي للبلورة، وأيضا تغيير خواص السطح للعينات (مساحة السطح، حجم البؤر السطحية، قطر البؤر السطحية).
٤- كما تم قياس المنطقة الضوئية البينية (Optical band gap) للعينات ووجد ان العينات لها القدرة على العمل في وجود الضوء المرئي.
- أظهرت عينات الجرافين المطعمة بالنيتروجين كفاءة عالية في عملية التكسير الحفزي الضوئي لصبغة الميثيلين الأزرق حيث أنها قامت بتكسير الصبغة تماما باستخدام ٠,٥جم/لتر بثابت معدل للتفاعل كيميائي
(k= 1.3×10-2 min-1) في خلال ساعتان ونصف و۱جم/لتر بثابت معدل للتفاعل كيميائي
(k= 2×10-1 min-1) في خلال ربع ساعة فقط، عند استخدام ضوء مرئي بقوة ۱٦٠وات.
- كما أظهرت أيضا عينات الجرافين المطعمة بالنيتروجين قدرة فائقة على تكسير الفينول كمادة عضوية عديمة اللون بتركيز (5 ppm) في خلال ساعة واحدة فقط عند استخدام ۱جم/لتر من المادة في وجودة الضوء المرئي بقوة ۱٦٠وات بثابت معدل للتفاعل الكيميائي بمقدار (k= 4×10-2 min-1).
- تم عمل تجارب للتفاعل عند نفس الظروف سواء بالنسبة للضوء المرئي أو بالنسبة لأشعة الميكروويف مع استخدام بعض المواد التي تقوم بمنع عمل (•OH, h+, •O2-,e-) وذلك للوقوف على الميكانزيم الذي تتم من خلاله عملية التكسير للصبغة.
- الرسوم البيانية لقياس (فرق الجهد الحلقي) أظهرت أن أقطاب المكثفات المحضرة لها نمطين محددين في القياس - نمط (Electric double layer capacitance): وتظهر واضحة في إلكترودات الجرافين المطعمة.
- نمط (Pseudo capacitance): وتظهر واضحة في إلكترودات أوكسيد الجرافين.
- أفضل نتائج سعوية للأقطاب المحضرة بمقياس) الشحن والتفريغ (كانت لمادة الجرافين المطعم بالنيتروجين (٣٨٨فاراد/جم).
- أفضل نتائج لثبات الشحن والتفريغ للأقطاب المحضرة بعد ۱٠٠٠عملية شحن وتفريغ-سريع كانت للجرافين المطعم بالنيتروجين.
- كما أعطت عينات الجرافين المطعمة بالنيتروجين أعلي قيم لقيم الطاقة السعوية والقدرة السعوية كالتالي:
Ed= 38 Wh/Kg.
Pd= 920 W/Kg.
- الباب الخامس: يشمل كلا من:
أ) كيفية التعرف على المركبات المحضرة وتعيين تركيبها الكيميائي، حجمها الحبيبي، شكلها البلوري، بالإضافة إلى خواصها السطحية وهي كالتالي:
۱- أكسيد الجرافين (GO).
٢- اختزال الجرافين (RGO).
٣- أكسيد المنجنيز (Mn3O4).
٤- الجرافين المطعم بالمنجنيز (GxMx) بنسب مختلفة كالتالي: ((۱:۱) و (۱:۳) و (۳:۱)).
ب) شرح وتفسير النتائج التي تم الحصول عليها لاستخدام المواد المحضرة كعوامل حفز في تكسير الصبغات والمواد العضوية باستخدام الضوء المرئي.
جـ) شرح وتفسير النتائج التي تم الحصول عليها من قياس الخواص الكهروكيميائية للأقطاب المحضرة.
وأهم النتائج التي تم التوصل إليها:
۱- تم تحضير صفائح الجرافين وأكسيد المنجنيز في الحجم النانومترى.
٢- تم تحضير الجرافين المطعم بالمنجنيز في الحجم النانومترى.
٣- إضافة التطعيم إلى الجرافين أدت إلى تغيير البعد الشبكي للبلورة، وأيضا تغيير خواص السطح للعينات (مساحة السطح، حجم البؤر السطحية، قطر البؤر السطحية).
٤- كما تم قياس المنطقة الضوئية البينية (Optical band gap) للعينات ووجد ان العينات لها القدرة على العمل في وجود الضوء المرئي.