Tailored Porous CuO-Ag@Mxene Hybrid Materials for Fabrication of Efficient Supercapacitor Devices. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (g202216980) MS_Thesis_Amreen Final DS.pdf Restricted to Repository staff only until 7 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

يُسهم الطلب المتزايد على حلول تخزين الطاقة الفعّالة والمستدامة في دفع عجلة تطوير مواد أقطاب كهربائية متقدمة تجمع بين الأداء العالي والتوافق البيئي. يركّز هذا البحث على تخليق وتحسين عائلة جديدة من المواد المركّبة القائمة على المكسين (MXene)، مثل المواد الهجينة CuO-Ag@Ti3C2 ، لتطبيقات المكثفات الفائقة (Supercapacitors). تم تحضير البنى النانوية المسامية من CuO-Ag باستخدام الطريقة الحرارية المائية، في حين تم تطوير مركّباتها مع المكسين من خلال عملية تعتمد على الموجات فوق الصوتية (sonication-assisted process). من المتوقع أن تُظهر هذه المواد خصائص كيميائية كهربائية متميزة، بما في ذلك السعة النوعية العالية، والقدرة المحسّنة على الشحن والتفريغ السريع، والاستقرار طويل الأمد. تم تطبيق إطار شامل لعمليات التوصيف والتحليل شمل كلًّا من حيود الأشعة السينية (XRD)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والتحليل الوزني الحراري (TGA)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، ومطيافية الأشعة السينية الضوئية (XPS)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والتحليل الطيفي بالأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS)، وذلك للحصول على فهمٍ دقيق للخصائص التركيبية والمورفولوجية والحرارية والفيزوكيميائية للمواد المُحضّرة. تم إجراء القياسات الكهروكيميائية لتقييم أداء تخزين الطاقة لمركّبات CuO-Ag@Ti3C2 النانوية، كما جرى تحسين تركيبها بشكل منهجي لتحقيق أفضل توازن بين السعة والاستقرار. إضافةً إلى ذلك، تناول جزء آخر من هذا البحث دراسة أقطاب كهربائية مكوّنة من أكاسيد النيكل والكوبالت والمنغنيز (NiCoMn)، والتي تم تصنيعها باستخدام طريقة الترسيب الكهروكيميائي البسيطة ومنخفضة التكلفة. وقد قدّمت هذه الطريقة مسارًا سهلًا للتصنيع وأظهرت أداءً كهروكيميائيًا واعدًا، مما يعزّز إمكانات الأكاسيد المعتمدة على الفلزات الانتقالية لتطبيقات المكثفات الفائقة عالية الأداء. تُؤسس النتائج المتحصل عليها من كلا الدراستين لقاعدة علمية قوية تُمهّد لتطوير مواد مكثفات فائقة تمتاز بطاقة عالية، ومتانة طويلة الأمد، وتوافق بيئي ممتاز.

English Abstract

The increasing demand for efficient and sustainable energy storage solutions drives the development of advanced electrode materials that combine high performance with environmental compatibility. This research focuses on the synthesis and optimization of a new family of MXene-based composites, such as CuO-Ag@Ti3C2Tx hybrid materials, for supercapacitor applications. CuO-Ag nanoporous structures were synthesized via a hydrothermal method, while their composites with MXene were developed using a sonication-assisted process. These materials are expected to exhibit excellent electrochemical properties, including high specific capacitance, enhanced rate capability, and long-term stability. A comprehensive characterization framework was employed, including X-ray Diffraction (XRD), Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), to gain detailed insights into the structural, morphological, thermal, and physicochemical characteristics of the synthesized materials. Electrochemical measurements were conducted to evaluate the energy storage performance of CuO-Ag@Ti3C2Tx nanocomposites, and their composition was systematically optimized to achieve the best balance between capacitance and stability. In addition to this work, another part of this research explored nickel cobalt-manganese (NiCoMn) mixed oxide electrodes synthesized through a simple and cost-effective electrodeposition method. This approach provided an easy fabrication route and demonstrated promising electrochemical performance, further supporting the potential of transition-metal-based oxides for high-performance supercapacitors. Together, the results from both studies establish a solid foundation for future development of high-energy, durable, and environmentally compatible supercapacitor materials.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Gondal, M. A.
Committee Members:	Mekki, Dr. Abdelkrim and Haider, Dr. Muhammad Baseer
Depositing User:	AMREEN BIBI (g202216980)
Date Deposited:	07 Dec 2025 07:54
Last Modified:	07 Dec 2025 07:54
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143770