Thesis (M.Sc.) -Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 106-132.

In recent years, the strong-base free synthesis has attracted much interest due to their numerous advantages as being eco-friendly techniques. Herein, we successfully synthesized spinel cobalt ferrites, with compositions MxCo1-xFe2O4 (x = 0.0, 0.1, 0.3 and 0.5) where M is a transition metal ion as Mn2+ and Zn2+, by a novel strong-base free approach, enabling minimization of hazardous products. The single phase has obtained by annealing the created precursors at relatively low temperature 1000 °C for 2 h. The average crystallite size was found to increase initially with increasing x = 0.3 and then decreased. Pyramidal-like structure has been displayed for the spinel ferrites. The average particle size was greatly minified by Zn2+ ion substitution, suggesting suppression of the crystal growth. Saturation magnetization and coercivity were increased with increasing x up to 0.3, and then they started to decrease at a particular molar ratio 0.5. Meanwhile, Mn-substituted ferrite samples evinced an initial decrease in the optical band gap energy from Eg = 1.19 to 1.16 eV with increasing x from 0.1 to 0.3, and then it increased to 1.27 eV at x = 0.5, while the optical band gap of Zn-substituted ferrite samples increased from 1.27 to 1.33 eV with increasing x from 0.1 to 0.5. Overall, the eco-friendly synthesis provides an efficient approach for tailoring the spinel ferrites with enhanced properties for wide range of magneto-optical applications. Creating materials for electrode with high energy densities is an efficient technique to create asymmetric supercapacitor devices. As a result, incorporating materials that are conductive into pseudo-capacitive components is a viable method for improving the supercapacitor Electrodes performance. Herein, a simple, one-step method for creating a new electrode out of a CoFe2O4@Co3O4 nanocomposite is established using a ball milling method. Then, several methods of analysis were used to look at the synthesized composite, including XRD, XPS, SEM, TEM, and HRTEM, to investigate the variation in phase evolution and microstructure. At the current density of 1.5 A g−1, the composite of CoFe2O4@Co3O4 (10%) exhibits a specific capacitance of 373.5 F g−1. In addition, a hybrid device was constructed employing this composite as a cathode and commercial activated carbon as an anode to evaluate practical characteristics of the novel electrode, which conducted a specific energy of 28.2 W h kg−1 at the power density of 887.2 W kg−1; it preserves capacity of 80.3% after 5000 cycles. These results confirm the electrode’s superior electrochemical performance as a promising electrode for energy storage applications.

في السنوات الاخيرة، اجتذب التحضير باستخدام قاعدة قوية حرة الكثير من الاهتمام نظرا لمزاياه العديدة باعتباره تقنيات صديقة للبيئة. هنا، نجحنا في تصنيع الكوبلت فريت ذو الصيغة الكيميائية MxCo1-xFe2O4 حيث M يمثل ايوني المنجنيز والزنك (x = 0.0, 0.1, 0.3 and 0.5). وأيضا تم الحصول علي الطور النقي عند تلدين السلائف عند درجة حرارة 1000 °C لمدة ساعتين. ووجد ان الحجم البلوري للكوبلت فريت 80.02 نانومتر ويزداد الحجم البلوري بزيادة نسبة ايون المنجنيز والزنك حتي النسبة 0.3 بينما يقل الحجم البلوري عند زيادة النسبة الي 0.5. حيث وجد ان التركيب البنائي للكوبلت فريت يكون علي شكل هرمي ويتراوح حجمه 70 نانومتر. ومن خلال دراسة الخواص الضوئية للكوبلت فريت وجد ان فجوة الطاقة تبلغ 1.15 الكترون فولت. و في الوقت نفسه اظهرت عينات الكوبلت فريت المطعمة باالمنجنيز انخفاضا مبدئيا في طاقة الفجوة البصري من 1.19 الي 1.16 الكترون فولت مع زيادة النسبة من 0.1 الي 0.3 ثم زادت الي 1.27 الكترون فولت عند نسبة 0.5. وفي حالة عينات الكوبلت فريت المطعمة بالزنك وجد ان فجوة النطاق البصري تزداد من 1.27 الي 1.33 الكترون فولت مع زيادة النسبة من 0.1 الي 0.5. ومن خلال دراسة الخواص المغناطسية وجد ان مقدار التشبع المغناطيسي للكوبلت فريت عند درجة حرارة الغرفة تساوي تقريبا emu/g 42.869. بشكل عام، يوفر هذا النوع من التحضير الصديق للبيئة طريقة فعالة لتصميم الاسبينل بخصائص محسنة لمجموعة واسعة من التطبيقات المغناطسية الضوئية. يعد انشاء مواد للقطب الكهربائي بكثافة طاقة غالية تقنية فعالة لانشاء اجهزة ذات كثافة فائقة غير متماثلة. و نتيجة لذلك، يعد دمج المواد الموصلة للكهرباء في سعة مكونات زائفة طريقة قابلة للتطبيق لتحسين المكثف الفائق. هنا، يتم انشاء طريقة بسيطة من خطوة واحدة لانشاء قطب كهربائي جديد من متراكب نانومتري من الكوبلت فريت/الكوبلت اكسيد (CoFe2O4/Co3O4) باستخدام الطحن الكروي. بعد ذلك تم استخدام عدة طرق للتحليل باستخدام XRD, XPS, SEM, TEM, and HRTEM للتحقق في التباين في تطور الطور والبنية المجهرية. وجد ان الحجم بلوري عند نسب 5 و 10 و 15 % هي علي التوالي 101.6 و 72.9 و 82.9 نانومتر. بدراسة الخواص الكهروكيميائية للمتراكب النانومتري الكوبلت فريت/كوبلت اكسيد فان افضل نتيجة للمتراكب هي عند نسبة 10 % من الكوبلت اكسيد. حيث كان للمتراكب عند نسبة 10% سعة نوعية تبلغ373.5 F g-1 عند كثافة تيار .1.5 A g-1لتقييم صلاحية القطب الكهربائي تم انشاء HSC مع مركب يعمل ككاثود وتيار متردد تجاري AC يعمل كانود حيث انتج 28.2 Wh Kg-1 من الطاقة النوعية عند كثافة طاقة 887.2 W Kg-1 حيث عند 5000 دورة احتفظ بنسبة 80.3% وتم تاكيد الاداء الكهروكيميائي الممتاز للقطب من خلال هذة النتائج مما يشير الي انه خيار جيد لتطبيقات تخزين الطاقة.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.