Synthesis & characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 thin films

Bu çalışma; tuz ve yüzey aktiflerin kendiliğinden oluşumu olan EYKO (eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma) metodunun ortamda bir polimerizasyon aracı olmadan mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonuna uyarlanmasına odaklanmıştır. EYKO işlemi, ince filmleri ve monolitleri sentezlemek için yeni bir metottur. Sıvı kristal faz ve yakılmış örnekler x- ışını kırınımı, XRD, Raman ve FTIR spektroskopi, N2 sorpsiyon ve POM, SEM, TEM görüntüleme ve UV-Görünür bölge soğurma spektroskopi cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Bu işlemin ilk adımı; içinde sulu tuzlar olan LiNO3.xH2O ve Co(NO3)2.6H2O (yada Mn(NO3)2.6H2O), CTAB (setiltrimetilamonyum bromür, iyonlu yüzey aktif madde) (yada CTAN, setiltrimetilamonyum nitrat), 10- laurik eter (C12EO10, nötür yüzey aktif madde) ve uçucu çözücüler olarak etanol (yada H2O) içeren berrak çözeltiler hazırlamaktır. Buna ek olarak; LiMn2O4 sentezi için hazırlanan çözeltide [Mn(OH)2(H2O)4](s) kompleks oluşumunu önlemek için HNO3'e ihtiyaç duyulur. Sonra çözelti döngülü kaplama ile cam alttaş üzerine kaplanarak fazla çözücünün uçmasıyla yüksek sıcaklık (300 ile 550 oC ) uygulamalarına maruz bırakılarak, mezogözenekli metal lithiates'in ilk örnekleri sentezlenir. Bu tez; mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4'ın saflık, yüzey alanı, duvarların kristalliği gibi özelliklerinin, kullanılan çözücü, film kalınlığı, asit miktarı, tuz miktarı, yanma sıcaklığı ve süresi ve kullanılan yüzey aktiflerin değişimi ile nasıl kontrol edilebileceğini anlatmaktadır. Çözelti hazırlama kısmında; yüksek çözünürlüğü ve sentez verimliliği açısından çözücü olarak etanol tercih edilmiştir. Döngülü kaplama ile hazırlanan örneklerde damlatılarak yayma yöntemi ile hazırlananlara kıyasen daha düzenli gözenekler ve daha az miktarda yan ürün oluşumu gözlendi. LiCoO2 sentezinde yan ürün oluşumunda HNO3'ün herhangi bir etkisinin olmadığı belirlendi. Fakat LiMn2O4'ın sentezinde kararlı ve homojen bir çözelti elde etmek için gerekli olduğu saptandı. CTAB ile hazırlanan . LiCoO2 örnekleri düşük sıcaklıklarda yarı kristal bir yapı gösterir, mezoyapı 550 oC'ye kadar dayanıklıdır, sonrasında bozunarak Co3O4 ve Li2O'e parçalanır. CTAB'ın mezogözenekli LiCoO2 sentezinde düzenli gözenek oluşumundaki etkisi gözlemlenmiştir. Ama Br- iyonunun yan ürün oluşumundaki etkisinden dolayı; ilerki deneylerde CTAN sentezlenip kullanılmıştır. Kalsine edilmiş ince film örneklerinin düşük açılı XRD ölçümlerinde kırınım göstermesi, yanma süresince mezoyapının düzenliliğinin korunduğunu göstermektedir. EYKO metodunun uyarlanmasıyla sentezlenen mezogözenekli HT- LiCoO2, yanma sıcaklığı 900 oC'den 300 oC'ye kadar düşürülebildiği için yüzey alanı 65 m2/g ve gözenek boyutu 15 nm olan literatürdeki ilk örnektir. Ayrıca, 82 m2/g yüzey alanı ve 11 nm gözenek boyutuna sahip mezogözenekli saf LiMn2O4 hem CTAB hem de CTAN kullanılarak sentezlenebilmektedir.