Search

U ovom radu cilj je bio upoznati se sa grafenom i cinkom, njihovim fizikalno – kemijskim svojstvima i najvaţnijim obiljeţjima. Dan je pregled njihove strukture i pojašnjeno je zašto su toliko korišteni u današnje vrijeme. Sa najzanimljivijeg, elektronskog gledišta su potencijalni materijali za senzore, baterije i sve oblike skladištenja i prijenosa energije u budućnosti. Također je kvantificirana njihova interakcija. Napravljen je kvantno – kemijski izračun iste temeljen na teoriji funkcionala gustoće (density functional theory – DFT ). Pri tome je korišten program Quantum Espresso, i njegovo grafičko korisničko sučelje (graphical user interface – GUI) BURAI. Uzet je najjedostavniji slučaj njihove interakcije odnosno jedan sloj grafena od 32 atoma ugljika i jedan atom cinka. Cink je smješten iznad monosloja na dva različita načina: direktno iznad atoma ugljika ili direktno iznad središte heksagona kojeg zatvaraju 6 atoma ugljika, te su dobivene različite energije interakcije. In this paper, the goal was to become familiar with graphene and zinc, their physical and chemical properties and the most important features. An overview of their structure is given and it is explained why they are used so much nowadays. From the most interesting, electronic point of view, they are potential materials for sensors, batteries and all forms of energy storage and transmission in the future. Their interaction was also quantified. A quantum-chemical calculation of the same was made based on density functional theory (DFT). The Quantum Espresso program and its graphical user interface (GUI) BURAI were used in this. The simplest case of their interaction was taken, i.e. one graphene layer of 32 carbon atoms and one zinc atom. Zinc is placed above the monolayer in two different ways: directly above the carbon atom or directly above the center of the hexagon closed by 6 carbon atoms, and different interaction energies were obtained.

Polimerni nanokompoziti hibridni su organsko-anorganski materijali kojima je najmanje jedna dimenzija punila manja od 100 nm. Postoje različite vrste punila, a jedno od njih je i grafen, dvodimenzionalan atomski kristal koji zahvaljujući svojim izvanrednim svojstvima sve češće pronalazi svoje mjesto u naprednim materijalima i tehnologijama. U ovome su radu iznesena dosadašnja saznanja o utjecaju grafena na svojstva polimernih materijala. Proučavao se utjecaj grafena na mehanička svojstva, električnu i toplinsku vodljivost, toplinsku stabilnost, gorivost te propusnost polimernih materijala. Dodatkom grafena dolazi do porasta Youngovog modula elastičnosti i vlačne čvrstoće, porasta električne vodljivosti zbog stvaranja vodljive mreže te porasta toplinske vodljivosti. Najveći naglasak u istraživanju toplinske vodljivosti nanokompozita na bazi grafena ili s ugljikovim nanočesticama je na kompozitima s epoksidnom matricom zbog postignutih značajnih poboljšanja toplinske vodljivosti. Dodatak grafena u polimernu matricu utječe i na toplinsku stabilnost te gorivost. Smanjenje gorivost je vrlo poželjno svojstvo za mnoge primjene, a do njega dolazi zbog stvaranja barijernog učinka na površini polimera što smanjuje razmjenu topline i mase između plina i kondenzirane faze te štite materijal od daljnjeg izgaranja. Nadalje, dodatak grafena utječe i na propusnost polimernih materijala. Do smanjenje propusnosti dolazi zbog nastajanja mreže slojeva grafena te posljedično molekula koja difundira mora preći duži put u odnosu na put koji bi morala proći ukoliko nanopunilo ne bi bilo prisutno. Tijekom posljednjeg desetljeća, interes za nanokompozite je porastao kako u znanosti tako i u industriji zbog niže cijene te značajnog poboljšanja svojstva konvencionalnih polimera dodatkom male količine nanoaditiva. Polymer nanocomposites are hybrid organic-inorganic materials with at least one dimension of the filler phase less than 100 nm. There are many different types of fillers, and one of them is graphene, a two dimensional atomic crystal which, thanks to its extra ordinary properties, is increasingly finding its place in modern technologies. To date findings of graphene influence on polymer properties have been presented in this thesis. The influence of graphene on mechanical properties, electric and heat conductivity, heat stability, burning properties and permeability has been studied. By adding graphene, an increase of Young's modulus of elasticity and tensile strength is obtained, increase in electrical conductivity due to creation of conductive net as well as increase in heat conductivity. The biggest emphasis in heat conductivity researchof graphene based nanocomposite is on epoxy matrix composites due to significant heat conductivity increase achieved. Adding graphene to polymer matrix affects also heat stability and flammability properties. Decrease of flammability is a very desirable property in many applications and is achieved by creating barrier effect on polymer surface which reduces heat exchange between gas and condensed phase thus protecting the material from further burning. In addition, adding graphene affects also the permeability of polymers. Decrease of permeability is caused by the creation of net of graphene layers causing the diffusing molecule to pass a longer path compared to a path with no nanofiller present. Over the last decade, interest in nanocomposites has increased in both science and industry due to lower cost and significant improvement in the properties of conventional polymers by the addition of a small amount of nanoadditives.

Uobičajena metoda korištena za post-sintetsku obradu nanomaterijala, žarenje, nije povoljna za obradu nanomaterijala zbog dugog trajanja procesa i velike količine utrošene energije. Stoga je bilo potrebno razviti bržu i efikasniju metodu pri kojoj neće doći do oštećenja plastičnih podloga prilikom obrade nanomaterijala. U ovom radu opisan je utjecaj intenzivne pulsirajuće svjetlosti u razvoju metalnih i ugljikovih materijala. Tehnologijom intenzivne pulsirajuće svjetlosti (Intense pulsed light, IPL) sinterirani su bakrovi i srebrovi materijali (nanočestice, nanožice, soli) i ugljikovi materijali (nanocijevi i grafen oksid) te su promatrani utjecaji IPL zračenja na morfološka i električna svojstva navedenih materijala. Srebrove i bakrove nanočestice pod utjecajem IPL-a aglomeriraju i stvaraju vodljive puteve dok IPL nanožičane vodiče čvrsto zavari za podlogu u točki kontakta. IPL obradom ugljikovih nanocjevčica povećava se vodljivost, a obradom grafenovog oksida, uz njegovu redukciju u reducirani grafen oksid (rGO) i povećanje vodljivosti, dobivene su kvalitetne anode za litij-ionske baterije i promotori paljenja plina u gorivima. IPL-om obrađeni nanomaterijali pokazali su poboljšanja u električnoj vodljivosti i stabilnosti, dok su se površinski otpor i električne otpornosti smanjile. Metoda IPL sinteriranja pokazala se kao budućnost obrade ugljikovih i metalnih nanomaterijala zbog svoje visoke iskoristivosti, jednostavnosti i kratkog vremena trajanja. The usual method used for post-synthetic processing of nanomaterials, annealing, is not favorable for processing nanomaterials due to the long duration of the process and the large amount of energy consumed. Therefore, it was necessary to develop a faster and more efficient method that will not damage plastic substrates during the processing of nanomaterials. This work describes the influence of intense pulsed light (IPL) in the development of metal and carbon based materials. Copper and silver materials (nanoparticles, nanowires, salts) and carbon materials (nanotubes and graphene oxide) were sintered with IPL technology and the effects of IPL radiation on these materials were observed. Silver and copper nanoparticles under the influence of IPL agglomerate and create conductive pathways while the nanowire conductors are firmly welded to the substrate at the point of contact. IPL treatment of carbon nanotubes increases their conductivity, and processing of graphene oxide, with its reduction to rGO and increase in conductivity, quality anodes were obtained for Lithium-ion batteries and gas ignition promoters in fuels. IPL-treated nanomaterials showed improvement in electrical conductivity and stability, while surface resistance and electrical resistivity decreased. The IPL sintering method has proven to be the future of carbon and metal nanomaterial processing due to its high efficiency, simplicity and short processing duration.

Superkondenzatori se ističu velikom specifičnom snagom koju mogu isporučiti što im daje prednost pred ostalim elektrokemijskim spremnicima i pretvornicima energije. Glavni nedostatak im je mala količina energije koja se može uskladištiti u usporedbi s galvanskim člancima. S druge strane, galvanski članci pak posjeduju malu specifičnu snagu. Iz tog razloga pažnju privlače hibridni superkondenzatori, odnosno asimetrični superkondenzatori gdje je jedna elektroda napravljena od materijala s kapacitivnim ponašanjem odnosno grafena, a druga od materijala kod kojeg se odvija faradejska reakcija odnosno od cinka. U ovom radu provedena je priprema grafenskog papira koji je korišten u izradi dva hibridna superkondenzatora: Zn pločica/rGO papir hibridni superkondenzator te rGO papir-Zn/rGO papir hibridni superkondenzator. rGO papir je okarakteriziran XRD metodom, FTIR spektroskopijom te je ispitana njegova električna provodnost. Pri tome je dokazano da je uspješno provedena elektrokemijska redukcija GO. Metode kojima su ispitane karakteristike hibridnih superkondenzatora su ciklička voltametrija (CV), elektrokemijska impedancijska spektroskopija (EIS) te kronopotenciometrija (CP). Kod oba superkondenzatora su dobiveni strujni vrhovi koji pokazuju da dolazi do taloženja/otapanja cinka. Zn pločica/rGO papir hibridni superkondenzator pokazao je specifični kapacitet od 44,48 F/g pri struji od 0,36 A/g, specifičnu energiju od 12,11 Wh/kg i specifičnu snagu od 1,26 kW/kg, dok je kod rGO papir- Zn/rGO papir hibridnog superkondenzatora zabilježen specifični kapacitet od 47,83 F/g pri struji od 0,83 A/g, specifična energija od 13,02 Wh/kg te specifična snaga od 10,13 kW/kg. Supercapacitors are characterised by high power density that is an advantage of supercapacitors over the batteries. The main disadvantage of supercapacitors is the small amount of energy that can be stored. For this reason, hybrid supercapacitors attract significant attention. Hybrid supercapacitors contain one electrode made of a capacitive material such as graphene, and the other electrode made of a material in which faradaic reaction takes place such as Zn. In this work, the graphene paper was used in order to assemble two hybrid supercapacitors: Zn plate/rGO paper hybrid supercapacitor and rGO paper-Zn/rGO paper hybrid supercapacitor. rGO paper was characterized by XRD method, FTIR spectroscopy and its electrical conductivity was determined. It was proven that the electrochemical reduction of GO was successfully carried out. Methods used to examine the characteristics of hybrid supercapacitors were cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronopotentiometry (CP). For both supercapacitors were obtained characteristic current peaks, which indicate that zinc deposition/dissolution takes place. Zn plate/rGO paper hybrid supercapacitor showed specific capacitance of 44.48 F/g at the constant current of 0.36 A/g, specific energy of 12.11 Wh/kg and specific power of 1.26 kW/kg, while rGO paper- Zn/rGO paper hybrid supercapacitor showed specific capacitance of 47.83 F/g at the constant current of 0.83 A/g, specific energy of 13.02 Wh/kg and specific power of 10.13 kW/kg.

Cilj ovog rada bila je hidrotermalna sinteza kompozitnog materijala grafen/ispredena vlakna. Od ispredenih vlakana u ovom radu su korištena vlakna željezovog oksida (α-Fe2O3) i polimerna polivinilpirildona (PVP). Navedena vlakna koristila su se kako bi se poboljšala struktura hidrogela, tj. njegova mehanička stabilnost i elastičnost. Suspenzija grafenovog oksida (GO), masene koncentracije γ=4 mg mL^-1, priređena je modificiranom Hummersovom metodom. Redukcija GO provedena je hidrotermalnim postupkom potpomognutim ekstraktom lista masline (ELM) pri 120°C. Dobiveni hidrogelovi okaraterizirani su metodama rendgenske difrakcijske spektroskopije (XRD), infracrvene molekulske spektroskopije s Furierovim transformacijama (FTIR) i elektronskom pretražnom mikroskopijom (SEM). Ispiranje hidrogelova od organskih nečistoća i zaostalih fenola pratilo se metodom UV/Vis spektroskopije. Strujni kolektori korištene u ovom radu bile su Ni-pločice. Superkondenzatori su ispitani metodama cikličke voltametrije (CV), kronopotenciometrije (CP) i metodom elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS). Ispitivanje metodom CV provedeno je u granici napona od 0 do 1,2 V, kod različitih brzina promjene potencijala. Metodom kronopotenciometrije je provedeno ispitivanje punjenja/pražnjenja superkondenzatora tijekom 1000 ciklusa uz struju u granicama od 1,2 do 2,2 A g^-1. Kompozitni hidrogel grafen/ispredena vlakna rGO-4-Fe pokazao je najbolja svojstva. Na SEM mikrografijama vidljiva su vlakna ugrađena u strukturu hidrogela, a elektrokemijskim metodama su dobivene najviše vrijednosti kapaciteta, snage i energije superkondenzatora rGO-4-Fe. Superkondenzator koji je sadržavao kompozit sa polimernim PVP vlaknima također je pokazao veće kapacitete u usporedbi sa čistim hidrogelom sintetiziranim pri istoj pH vrijednosti. The objective of this research was the hydrothermal synthesis of composite material graphene / spun fibres. The iron oxide (α-Fe2O3) and polymer polyvinylpyridyl (PVP) fibres were used in this work. The fibres were used in order to improve the structure of the hydrogel, i.e. its mechanical stability and elasticity. Graphene oxide (GO) suspension was prepared by modified Hummers method and mass concentration was γ = 4 mg mL^-1. Reduction of GO was carried out by a hydrothermal process assisted by olive leaf extract (ELM). at 120 °C. The obtained hydrogels are characterized by X-ray diffraction spectra (XRD), infrared molecular spectroscopy with Furier transformations (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). ELM was removed from hydrogels by a multiple water exchange. In order to determine the amount of ELM within the hydrogel the exchanged water was caracterisired by UV/Vis spectroscopy. The current collectors used in this work were Ni-sheets. Supercapacitors were characterized by using cyclic voltammetry (CV), chronopotensometry (CP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). CV was carried out within the voltage range from 0 to 1.2 V, at different scan rates. Charging / discharging test of supercapacitors was carried out by 1000 cycles and current density within the range of 1.2 to 2.2 A g^-1. The composite hydrogel rGO-4-Fe showed the best properties. SEM micrographs indicated that fibres were embedded within the hydrogel structure. Electrochemical methods revealed that the supercapacitor rGO-4-Fe had the highest specific capacitance value, specific power and specific energy. The supercapacitor with composite containing PVP fibres also showed higher specific capacitance value compared to pure hydrogel synthesized at the same pH value.

Cilj ovog rada je bio provesti hidrotermalnu redukciju grafenova oksida (GO) potpomognutu reducensom, vegetacijskom vodom masline (OMW), u kojoj nastaje hidrogel reduciranog grafenovog oksida, rGOH+OMW. Također je provedena hidrotermalna redukcija bez reducensa u kojoj nastaje reducirani grafenov oksid, rGOH. Hidrotermalna sinteza se vodila pri temperaturi od 120°C i pri pH 7. Superkondenzatori su izrađeni od dobivenih materijala, GO, rGOH i rGOH+OMW na podlogama od nikla i staklastog ugljika (GC). Ispitani su metodama cikličke voltametrije, elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS) i kronopotenciometrije. Specifični kapaciteti dobiveni metodom cikličke voltametrije iznose od 33 F/g do 57 F/g, s izuzetkom superkondenzatora koji je sastavljen od GO koji ima specifični kapacitet manji od 1 F/g. Rezultati dobiveni metodom EIS pokazuju kako se radi o superkondenzatorima dobrih kapacitivnh svojstava koji pokazuju manja odstupanja od idealnog ponašanja. Ovom metodom su također određeni otpori karakteristični za pojedini superkondenzator. Specifični kapaciteti izračunati iz kronopotenciometrije se kreću od oko 40 do 49 F/g i nešto su manji od kapaciteta dobivenih metodom cikličke voltametrije jer je mjerenje provedeno pri užem rasponu napona. Izračunate specifične snage se kreću od 18-40 kW/kg te prema Ragonevom dijagramu svrstavaju priređene superkondenzatore u skupinu izvora visoke snage. Vrijednosti specifične energije iznose od 28-40 W h / kg što odgovara iznosima karakterističnim za superkondenzatore. The objective of this research was to carry out hydrothermal reduction of graphene oxide (GO) supported by olive mill wastewater (OMW) that resulted in formation of reduced graphene oxide hydrogel, rGOH+OMW. Also, hydrothermal reduction was carried out without OMW that resulted in reduced graphene oxide hydrogel, rGOH. Hydrothermal synthesis was performed at 120°C and at pH 7. In order to assemble supercapacitor, the synthesized materials, GO, rGOH and rGOH+OMW, were applied on nickel or glassy carbon support. Supercapacitors were tested by using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronopotentiometry methods. The specific capacitance values were calculated from cyclic voltammetry responses and it was in the range from 33 F/g to 57 F/g, except for supercapacitor made of GO hydrogel with specific capacitance below 1 F/g. EIS results has shown that the obtained supercapacitors had good capacitive behaviour with small deviations from ideal behaviour. Also, this method enabled estimation of the internal resistance of supercapacitor. The specific capacitance values calculated from chronopotentiometry were from 40 F/g to 49 F/g. These values are slightly different from the values obtained from cyclic voltammetry response due to the lower voltage values that were applied. The obtained specific power values were in the range from 18-40 kW/kg and according to the Ragone's diagram prepared supercapacitors belong to the group of high power supercapacitors. The obtained specific energy values were in the range from 28-40 W h / kg which corresponds to the values characteristic for supercapacitors.

Svrha ovog rada bila je priprema i karakterizacija kompozitnog materijala grafen/SnO2 hidrotermalnom sintezom potpomognutom mikrovalovima i klasičnom hidrotermalnom sintezom. Jedan od ciljeva ovog rada ujedno je bio i priprava i karakterizacija superkondenzatora koji se temelje na grafen/SnO2 aktivnim materijalima. Tijekom hidrotermalne metode potpomognute mikrovalovima produkt je dobiven u obliku suspendiranih čestica. dok je tijekom klasične hidrotermalne sinteze dobiven hidrogel. Kapacitivna svojstva uzoraka sintetiziranih u mikrovalnom reaktoru ispitana su korištenjem metode cikličke voltametrije i elektrokemijske impedancijske spektroskopije pri čemu je dokazano da KOMPOZIT 1, KOMPOZIT 2 i KOMPOZIT 3 karakteriziraju odlična kapacitivna svojstva. uz dobivene vrijednosti specifičnog kapaciteta od 3,51 do 91,94 Fg^-1. Kao najbolji pristup sintezi pokazao se postupak kojim je dobiven KOMPOZIT 2 stoga je navedeni pristup korišten tijekom hidrotermalne sinteze. U hidrotermalnoj sintezi su dobivena tri različita kompozita u obliku hidrogela (KOMPOZIT 21, KOMPOZIT 22 i KOMPOZIT 23) te su iz navedenih hidrogelova direktno priređeni superkondenzatori (Superkondenzator 1, Superkondenzator 3, Superkondenzator 2). Najbolja svojstva je pokazao Superkondenzator 3 kod kojeg je zabilježen specifični kapacitet od 55,92 F g^-1 te specifičnu energiju od 71,58 Ws g^-1. Uvid u morfologiju i sastav uzoraka dobiven je SEM snimkama koje pokazuju da je za KOMPOZIT 2 dobiven najveći udio SnO2 te da je sloj najhomogeniji. Kod hidrogelova je dokazana porozna struktura koja osigurava visoke kapacitete. XPS analizom uzoraka potvrđeno je da je došlo do redukcije grafenova oksida (GO) u grafen (rGO) i oksidacije Sn2+ u Sn4+. FTIR spektroskopijom dokazano je prisustvo određenih kisikovih funkcionalnih skupina kao i prisustvo –Sn-O- veze. Provedbom rendgenske difrakcije vidljivi su i karakteristični maksimumi koji odgovaraju strukturi SnO2. Navedene metode su dokazale da je tijekom sinteze doista došlo do formiranja kompozitnog materijala grafen/SnO2. The main purpose of this theses was the preparation and characterization of the composite material graphene/SnO2 using microwave-assisted hydrothermal synthesis and convencional hydrothermal synthesis. One of the aims of these theses was also the preparation and characterization of supercapacitors based on graphene/SnO2 active materials. The suspended particels were obtained using microwave-assisted hydrothermal synthesis, while hydrogel was obtained using classical hydrothermal synthesis. The capacitive properties of the samples prepared by microwave assisted method were examine using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), which proven excellent capacitive properties of COMPOSITE 1, COMPOSITE 2 and COMPOSITE 3 were specific capacity values 3.51 - 91.94 Fg^-1 were obtained. The process of obtaining COMPOSITE 2 shown to be the best approach for synthesis and therefore it has been used during hydrothermal synthesis. In the hydrothermal synthesis three different composites were obtained in the form of hydrogels (COMPOSITE 21, COMPOSITE 22 and COMPOSITE 23) and supercapacitors (Supercapacitor 1, Supercapacitor 3 and Supercapacitor 2) were directly prepared by using these hydrogels. Supercapacitor 3 has shown the best properties were specific capacitance, 55.92 Fg^-1 and specific energy, 71.58 Ws g^-1 were recorded. Insight into morphology and composition of the materials was obtain by SEM technique showing that COMPOSITE 2 is the most homogeneous material, with the largest amount of SnO2. The porous structure is determine for hydrogels that provides high capacitance values. XPS analysis of the samples comfirmed reduction of graphene oxide (GO) to graphene (rGO) and oxidation Sn2+ in Sn4+. FTIR spectroscopy showed the presence of oxygen functional groups, as well as the presence of a –Sn-O- bonding. Using X-ray diffraction, the characteristic maximums corresponding to the SnO2 structure are visible. The methods used in this work have confirmed that graphene/SnO2 composite was obtained.

Cilj ovog rada bila je istražiti mogućnost modifikacije grafenovog oksida (GO) molekulama o-feniliendiamina (o-PDA) te naknadne polimerizacije vezanog o-PDA koja bi rezultirala nastankom oligomernih ili polimernih lanaca. U radu se također pratio utjecaj medija na vezanje o-PDA na GO elektrodu te je modifikacija provođena inkubacijom iz otopina različitih pH vrijednosti. Modifikacija grafenova oskida molekulama o-PDA se može odvijati putem različitih mehanizama koji uključuju kemijsku reakciju između karbonilnih skupina na GO i aromatske amino skupine o-PDA te fizikalno-kemijske faktore kao što su adsorpcija o-PDA na GO, njegova interkalacija između deponiranih slojeva ali i postojanje π-π interakcija se ne može isključiti. Svojstva modificiranih elektroda ispitivana su metodama cikličke voltametrije (CV) i elektrokemijske kvarc kristalne mikrovage (EQCM). Sva mjerenja su provedena u tro-elektrodnom sustavu u kojem je radna elektroda bila zlatom prekrivena kvarc kristalna elektroda, platina kao protu-elektroda i referentna Ag/AgCl elektroda. 1 M sumporna kiselina (H2SO4) je korištena kao elektrolit. In this study an attempt was made to explore the possibility of modifying the graphene oxide with o-phenylenediamine molecules and subsequently polymerization of bound o-PDA that would result in oligomers or polymers chain formation. Also, the impact of media on binding of o-PDA on GO electrodes was monitored and modification was carried out by the incubation from the soulutions of different pH values. Graphene oxide modification with o-PDA can take place by different mechanisms which include chemical reaction between carbonyl groups of GO and aromatic amino grups of o-PDA and physical factors such as adsorption of o-PDA on GO and intercalation of o-PDA between deposited layers. Also, the presence of π-π interaction can not be excluded. In order to characterize modified electrodes, cyclic voltammetry (CV) and electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) methods were used. All measurements were carried out with three-electrode system in the potential range -0,2 and 0,9 V at a scan rate of 50 mV/s, in which Pt was counter electrode, Ag/AgCl electrode served as reference electrode, and working electrode was gold covered quartz crystal electrode. 1 M sulfuric acid (H2SO4) was used as electrolyte.

U ovom radu provedena je spektroskopska i mikroskopska karakterizacija grafen oksid/PANI kompozitnih elektroda. GO je pripremljen u laboratoriju po Hoffmanovoj metodi, a elektrode za ispitivanje pripravljene su nakapavanjem suspenzije grafenova oksida na Pt lim te sušenjem tijekom 24 sata na sobnoj temperaturi. Funkcionalizacija GO provedena je inkubacijom Pt podloge (0,25 cm^2) s nanesenim GO (50 μL) u 10 mL otapala uz anilin u koncentraciji od 0,1 mol/dm^3. Kao otapala za anilin korišteni su 1 M H2SO4, 1 M HCl, fosfatni pufer pH=5 te sustav voda/metanol u omjeru 9:1. Pripremljene elektrode ispitivane su metodom cikličke voltametrije, pretražnim elektronskim mikroskopom, termogravimetrijskom analizom, XPS metodom i FTIR metodom. Rezultati pokazuju da je najveća količina vezanog anilina na površinu GO dobivena u slučaju vezanja koje je provedeno iz sulfatno kiselog medija, odnosno akumulacijom anilina iz kiselih otopina dolazi do kemijske reakcije između GO i anilina pri čemu nastaje polianilin ili njegov oligomer. Nakon što je elektroda modificirana polarizacijom u kiselom mediju dobiveni spektri ostaju slični spektrima nakon akumulacije pa se može zaključiti da su sličnih produkti prisutni na elektrodi nakon akumulacije i nakon polarizacije. Akumulacija anilina u otopini pufera nije rezultirala promjenama u strukturi GO, a isto tako do promjene nije došlo ni tijekom naknadne polarizacije što navodi na zaključak da elektrodu nije moguće modificirati u spomenutoj otopini. Nadalje, rezultati provedbe akumulacije u metanolu ukazuju da dolazi samo do fizikalne adsorpcije anilina na površinu GO, a do oksidacije dolazi tek nakon polarizacije u kiseloj otopini. Termogravimetrijskom analizom ispitana je termalna stabilnost uzoraka te količina prisutnog kisika u uzorku GO. Najprije se uočava gubitak interkalirane vode. Relativno manji gubitak mase u temperaturnom području raspada kisikovih skupina (200-600 °C) u funkcionaliziranom uzorku dovodi do zaključka da je prilikom funkcionalizacije došlo i do redukcije samog grafenovog oksida. In this work, spectroscopic and microscopic characterization of graphen oxide (GO)/PANI composite electrodes, was carried out. GO was prepared in the laboratory by Hoffmans method and electrodes were prepared by pouring the suspension of graphene oxide on Pt sheet and then left to dry for 24 hours at room temperature. GO functionalization was carried out by incubating substrate of Pt (0.25 cm^2) with the applied GO (50 μl) in 10 ml solvent along with 0,1 mol/dm^3 aniline. 1 M H2SO4, 1 M HCl, phosphate buffer (pH=5) and the system water/methanol (9:1) were used as solvents for the aniline. Prepared electrodes were studied by cyclic voltammetry, scanning electron microscop, thermogravimetric analysis, XPS method and FTIR method. Results shows that the maximum amount of bound aniline to the surface of GO is obtained in the case of attachment from sulphate-acid medium, or in other words reaction between GO and aniline happens by accumulation of aniline from acid solutions, wherein polyaniline or his oligomer occurs. Similar products are present on the electrode after the accumulation and after polarization, what can be inferred from similar spectra. Accumulation of aniline in a buffer solution did not result in changes in the structure of GO, as well as the subsequent polarization, which suggest that the electrode cannot be modified in the buffer solution. Furthermore, as seen from the results of the accumulation in the methanol, aniline is only physicaly adsorbed on the surface of the GO, and as for the oxidation, it occurs only after the polarization in the acidic solution. The thermal stability of the samples as well as the amount of oxygen present in the sample were examined through thermogravimetric analysis. First, the loss of intercalated water is observed. The relatively lower weight loss in the temperature range of oxygen groups dissolution (200-600 °C) in a functionalised sample leads to the conclusion that the functionalization led to the reduction of the GO.

Cilj ovog rada bila je priprema grafena redukcijom grafenova oksida fenolnim spojevima iz vegetacijske vode masline kod različitih pH vrijednosti. Provedena je redukcija grafenova oksida (GO) u grafen (rGO) pri pH vrijednostima 7 i 10 na 80°C korištenjem otopine ekstrakta lista masline (ELM) i vegetacijske vode masline (OMW). Vrijeme redukcije u sva tri slučaja iznosilo je pet sati, a dobiveni su produkti rGO(ELM, pH=7), rGO(ELM, pH=10) i rGO(OMW, pH=10). Tijek redukcije praćen je UV/Vis spektrofotometrijom pa je tako dobiveno da apsorbancija u početku raste, što se može objasniti formiranjem rGO čestica koje reflektiraju zračenje. Apsorbancija potom pada, što se može objasniti smanjenjem koncentracije GO, što je ujedno dokaz nastanka rGO. Dobiveni produkti okarakterizirani su metodama cikličke voltametrije, UV/Vis spektrofotometrije i mjerenjem električne provodnosti metodom četiri točke. Cikličkom voltametrijom ispitana su tri različita uzorka rGO. Pri tome je kao strujni kolektor korištena elektroda od staklastog ugljika (GC). Uzorak rGO(ELM, pH=10) pokazuje najbolje kapacitivno ponašanje, dok je najlošije kapacitivno ponašanje dobiveno kod rGO(ELM, pH=7) uzorka. Nakon redukcije u uzorku rGO(OMW, pH=10) zaostali su polifenolni spojevi, a kao posljedica toga došlo je do formiranja anodnih i katodnih strujnih vrhova u cikličkom voltamogramu. Najveća vrijednosti specifičnog kapaciteta od 25,11 F g^-1 zabilježena je kod rGO(OMW, pH=10) uzorka. Specifični kapaciteti povećavaju se smanjenjem mase uzorka koji je nanesen na elektrodu. Usporedbom kapaciteta dobivenih ispitivanjem uzoraka rGO(ELM, pH=10) i rGO(ELM, pH=7) utvrđeno je da se redukcijom pri višem pH dobivaju materijali većih specifičnih kapaciteta. Električna provodnost uzoraka mjerena je metodom četiri točke. Najveća električna provodnost izmjerena je uzorku rGO(OMW, pH=10) i iznosi 15,401 S cm^-1 dok je najmanja vrijednost izmjerena za uzorku rGO(ELM, pH=7) i iznosi 1,206 S cm^-1. The main goal of this research was the preparation of graphene by means of chemical reduction with phenolic compounds present in olive vegetation water at various pH values. The reduction of GO has been carried out at pH 7 and 10 and temerature of 80°C using olive leaf extract (ELM) solution and olive mill wastewater (OMW). The duration of the experiment, in all three cases, was five hours, resulting in rGO(ELM, pH=7), rGO(ELM, pH=10) and rGO(OMW, pH=10) products. The course of the reduction was monitored using UV/Vis spectrophotometry where it was discovered that in the begining of the reduction process absorbance increases, which can be explained by the formation of rGO particles that reflect radiation. After that, the absorbance decreases, which could be explained by the decrease in GO concentration, which is also proof that rGO was formed. The obtained products were characterized using cyclic voltametry, UV/Vis spectrophotometry, and four point probe method. Three different samples of rGO have been examined by cyclic voltametry during which a glassy carbon (GC) electrode was used as a current collector. rGO(ELM, pH=10) sample has shown the best capacitive properties, while the poorest have been noticed for rGO(ELM, pH=7) sample. Some residual polyphenolic compounds have been noticed in rGO(OMW, pH=10) sample, as a result, anodic and cathodic current peaks were formed in the cyclic voltammogram. The highest specific capacitance, 25,11 F g^-1, has been registered for rGO(OMW, pH=10) sample. Lowering the mass of samples deposited on the electrode causes an increase in specific capacitance values. By comparing capacitance of rGO(ELM, pH=10) and rGO(ELM, pH=7) samples it has been found that materials obtained by reduction at a higher pH value have better specific capacitance values. Electrical conductivity was measured using four point probe method. The highest electrical conductivity value has been obtained for rGO(OMW, pH=10) sample and amounts to 15,401 S cm^-1 while rGO(ELM, pH=7) sample had the lowest specific capacitance of 1,206 S cm^-1.

U ovom su radu provedena istraživanja utjecaja dodatka grafena kao punila u PAO ulje. Istraživanja su usmjerena ka postizanju što boljih toplinskih svojstava pri najmanjim koncentracijama grafena kako bi se stvorile homogene i stabilne suspenzije nanočestica. Eksperimentalni dio ovoga rada podijeljen je u dvije faze. U prvoj fazi pripremljeno je sedam nanofluida s različitim površinski aktivnim tvarima (PAT) radi ispitivanja kompatibilnosti između PAT i PAO 4 ulja s grafenom. U drugoj fazi također je pripremljeno sedam nanofluida sa onom površinski aktivnom tvari koja je pokazala najbolje rezultate, u ovom slučaju DPS. Cilj druge faze eksperimenta je ispitivanje utjecaja koncentracije dodanog grafena na različita svojstava nanofluida kao što su stabilnost, kontaktni kut, viskoznost, tribiološko svojstvo trošenja i toplinska vodljivost. Radi određivanja stabilnosti nanofluida korišten je sedimentacijski test odnosno vizualna i instrumentalna metoda (UV/VIS spektrofotometrija). Vizualna metoda uključuje fotografiranje uzoraka kroz 60. dana, zatim proučavanje slika. Međutim, kako bi se sa sigurnošću utvrdila stabilnost nanofluida, snimani su UV/VIS apsorpcijski spektri uzoraka, a stabilnost je kasnije predočena i u obliku raspršenosti grafena u baznom fluidu. Povećanjem udijela polimerne površinski aktivne tvari DPS, dolazi do porasta viskoznosti, ali i povećanja stabilnosti nanofluida. Rezultati mjerenja kontaktnog kuta, pokazali su da metalna i staklena površina zatvaraju najmanji kontaktni kut s nanofluidom. Kontaktni kut na teflonskoj površini je veći zbog povećanja površinske energije. Toplinska vodljivost za sve uzorke nanofluida raste u usporedbi sa baznim fluidom, a test trošenja je pokazao da je trošenje uz nanofluid manje nego uz bazni PAO fluid. This work conducted reasearch of the effects of adding graphene as a filler in the PAO oil. Research has been focused on achieving improved thermal properties with the lowest possible concentration of graphene in order to create homogeneous and stable suspension of nanoparticles in the base fluid. Experimental section is divided into two phases. In the first phase seven nanofluids were prepared with different surfactants (PAT) for the purpose of testing compatibility between PAT and PAO 4 oil with graphene. In the second phase, seven nanofluids were prepared with just one surfactant, which showed the best results, in this case the DPS. The goal of the second phase is the examination of the effects that the concentration of added graphene has on different nanofluids properties such as stability, contact angle, viscosity, wear properties and thermal conductivity. To determine the stability of nanofluids sedimentation test was used both visual and instrumental method (UV / VIS spectrophotometry). The visual method involves photographing specimens through 60 days, then studying the images. In order to determine the stability with advanced security, nanofluids were shot in the UV / VIS absorption spectra of samples, and stability has been portrayed in the form of dispersion of graphene in the base fluid. Increasing the ratio of the polymeric surfactant DPS, it raises the viscosity, and thus increases the stability of the system. Results of measuring the contact angle showed that the metal and glass surfaces close the smallest contact angle with the nanofluid. Contact angle on teflon surface is higher due to an increase in surface energy. Thermal conductivity of all samples of nanofluids is growing in comparison with the base fluid and the wear test shows that wear is a lot smaller with nanofluid, than with base PAO fluid.

Svrha ovog rada bila je pripraviti grafen (rGO) iz grafenova oksida (GO) uporabom ekološki prihvatljivog reducensa te ispitati kapacitivna svojstva dobivenog produkta. Tijekom provedbe redukcije cilj je postići što veći stupanj redukcije te pronaći uvjete u kojima neće biti izražena aglomeracija produkta. Određivanje kapacitivnih svojstava dobivenog produkta može dati uvid u uspješnost provedbe samog procesa. Redukcija GO proveden je kemijskim putem kod pH=7 i pH= 10 pri 80˚C uporabom ekstrakta lista masline (ELM) i pročišćene otpadne vegetacijske vode masline (OMW). Strukturna svojstva dobivenog rGO karakterizirana su FT-IR spektroskopijom i termogravimetrijom analizom (TGA). Utvrđeno je da u procesu redukcije GO s ELM-om i OMW-om dolazi do smanjenja broja kisikovih funkcionalnih skupina te regeneracije sp2 hibridizacije. TGA analiza pokazala je da je najmanje kisika uklonjeno kod rGO (ELM, pH=7), a najviše kod rGO (ELM, pH=10). Dobiveni rezultati su u suglasnosti s vrijednostima električne provodnosti za razne uzorke rGO. Najveća vrijednost je zabilježena za rGO (OMW, pH=10), 15,4 S cm^-1, dok je najmanja vrijednost zabilježena kod rGO ( ELM, pH=7), 1,2 S cm^-1. Kapacitivna svojstva rGO određena su metodom cikličke voltametrije i elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS). Iz oblika cikličkog voltamograma može se zaključiti da je kod svih uzoraka rGO koji su reducirani s ELM-om dobivena konstantna struja s promjenom potencijala bez karakterističnih strujnih vrhova što ukazuje na dobro kapacitivno ponašanje. Kod rGO uzorka reduciranog s OMW-om u cikličkom voltamogramu zabilježen je dodatan strujni vrh koji se odnosi na redoks reakciju fenolnih spojeva zaostalih u strukturi rGO. Najveće vrijednosti specifičnih kapaciteta dobivene su za najtanji uzorak rGO ( ELM, pH=10), 33,96 F g^-1 i uzorak rGO (OMW, pH=10), 32,26 F g^-1. Deblji slojevi pokazuju manje vrijednosti specifičnih kapaciteta s time da je najbolje ponašanje dobiveno za rGO (OMW, pH=10). Iz dobivenih rezultata se može zaključiti da je najveći stupanj redukcije GO i najbolja kapacitivna svojstva rGO zabilježeni kad je redukcija provedena kod pH=10 dok vrsta reducensa nije značajno utjecala na svojstva rGO. The purpose of this study was to prepare graphene ( rGO ) from graphene oxide ( GO ) using environmentally friendly reducing agents and examine the capacitive properties of the obtained rGO. The objective of this process is to achieve a high degree of reduction and to provide conditions where agglomeration of rGO will be prevented. Determination of capacitive properties may provide insight into the progress of process. Reduction of GO has been succesfully carried out using olive leaf extract (ELM) and olive mill wastewater (OMW) as environmentally friendly reducing agent. Reduction with olive leaf extract was carried out at pH 7 and 10, and with olive mill wastewater at pH 10 and temperature 80˚C. The structural properties of the rGO samples were characterized by FT-IR spectroscopy and thermogravimetric analysis ( TGA ). It was found that reduction of GO with ELM and OMW resulted in a significant decrease of oxygen functional groups and regeneration of sp2 hybridization. By using the thermogravimetric analysis it has been determined that the sample of rGO ( ELM, pH=7) shows the highest oxygene content while the lowest oxygene content was obtained for rGO (ELM, pH=10). The results are in agreement with the values of electrical conductivity for various rGO samples. The highest conductivity is recorded for rGO ( OMW , pH = 10 ) 15.4 S cm^-1, while the lowest conductivity was observed for rGO (ELM, pH=7 ) , 1.2 S cm^-1. Capacitive properties are determined by using cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy ( EIS ) techniques. From the cyclic voltammetry results it can be concluded that for all rGO samples reduced by ELM, constant current is obtained within the potential range of examination which indicates a good capacitive behavior . For rGO ( OMW, pH=10) sample cyclic voltammograms recorded additional current peak related to the redox reaction of the phenolic compounds present within the structure of rGO. The highest specific capacitance values is obtained for the thinnest sample of rGO (ELM, pH=10), 33,96 F g^-1 and for the rGO (OMW, pH=10), 32,26 F g^-1. Thicker layers show smaller specific capacitance values and the best capacitive properties were obtained for rGO (OMW , pH = 10 ) . From the obtained results it can be concluded that the greatest degree of GO reduction and the best capacitive properties of rGO were obtained for the reduction process carried out at pH = 10 while reducing agents used during the synthesis did not significantly affect the properties of the rGO.

U ovome radu su pripremljene i okarakterizirane elektrode grafena i kompozita grafen/manganov oksid. Grafen je pripremljen redukcijom grafen oksida s NaBH4. Dobiveni produkt je nanesen na površinu staklastog ugljika sam (GBV1, GBV2) ili u kombinaciji s vezivom (GV2, GV3). Količina grafena koja je nanesena je varirala s ciljem da se utvrdi ovisnost svojstva elektrode o količini nanesenog materijala. Ispitivanje grafenom modificirane elektrode je provedeno metodom cikličke votametrije u 0,5 mol dm^-3 otopini Na2SO4, te pretražnim elektronskim mikroskopom (SEM). Prilikom ispitivanja elektrode metodom cikličke voltametrije u svim slučajevima dobivena je gotovo konstantna struja po potencijalu što ukazuje na dobra kapacitivna svojstva. Veći specifični kapaciteti su dobiveni u slučajevima kada nije korišteno vezivo. Na grafen modificiranim elektrodama provedena je kronoamperometrijska depozicija MnO2 Dobiveni kompoziti su ispitani metodom cikličke voltametrije u 0,5 mol dm^-3 otopini Na2SO4 te u otopini iz koje je provedena sinteza odnosno u prisutnosti Mn2+ iona. U svim slučajevima su dobivena dobra pseudokapacitivna svojstva te su dobiveni nešto veći kapaciteti u otopini MnSO4 u odnosu na Na2SO4 otopinu. Različito ponašanje je posljedica razlike u veličini kationa koji se interkalira tijekom redoks reakcije. Veće vrijednosti specifičnih kapaciteta su također dobivene za tanje slojeve manganovog oksida te kod grafen modificiranih elektroda kod kojih je korišteno vezivo. Dobivene vrijednosti specifičnih kapaciteta su se kretale u rasponu od 324-51 Fg^-1. In this work samples of graphene and graphene/manganese oxide were prepared and characterised. Graphene was prepared by graphene oxide reduction using NaBH4. The obtained product was applied to the glassy carbon surface with or without the binder. The amount of graphene is varied in order to find out the dependence of properties on the amount of active material. The electrodes prepared in this manner were tested by cyclic voltammetry method in 0.5 mol dm^-3 NaSO4 solution and by scanning electronic microscopy (SEM). In all cases good capacitive properties were obtained. Higher capacitance was obtained when no binder was used. The graphene modified electrode was used as a support for chronoamperometry deposition of MnO2. The obtained electrodes were examined by cyclic voltammetry method in 0.5 mol dm^-3 NaSO4 and 0.25 mol dm^-3 MnSO4 solution whereat good pseudocapacitive properties were obtained in both systems. Due to the smaller Mn2+ size a higher amount of cations is intercalated within the layer and higher pseudocapacitive values are obtained in MnSO4 solution. Additionally, higher pseudocapacitive values of MnO2 are obtained for thinner layers and when graphene with binder was used. The obtained specific capacitance values ranges between 324 and 51 F g^-1.

Tokom zadnje polovice prošlog desetljeća kemijski modificiran grafen proučavan je u kontekstu mnogih primjena kao što su polimerni kompozitni materijali, premazi, boje, biomedicinski materijali te niz drugih primjena radi svojih iznimnih električnih, mehaničkih, toplinskih, te optičkih svojstava. Grafen je moguće sintetizirati primjenom različitih metoda poput mehaničkog i elektrokemijskog raslojavanja grafita, kemijska sinteza iz otopine, kemijskom depozicijom iz produkata niže molekulske mase te epitaksijalnim rastom na površini silicij karbida. Kemijska priprava grafen oksida koji se dobiva iz grafita predstavlja obećavajuću metodu za proizvodnju većih količina grafena. Cilj ovog rada je bio sintetizirati grafen oksida (GO) iz uzorka prirodnog grafita kemijskim putem koristeći Hofmannovu metodu. Oksidacijom grafita nastaje grafit oksid koji se korištenjem ultrazvučne kupelji raslojava na grafen oksid. Kako bi se uklonile soli i niskomolekularni ugljikovi spojevi otopina GO je dijalizirana te je potom provedena redukcija GO u rGO pomoću natrij-bor hidrida. Uzorci GO i rGO okarakterizirani su nizom metoda poput FT-IR spektroskopije, termogravimetrijske analize (TGA), mikroskopa atomskih sila (AFM) te cikličke voltametrije. FT-IR spektroskopijom je dokazano da GO sadrži kisikove funkcionalne skupine te da su u procesu redukcije GO uklonjene hidroksi i epoksi skupine, a zaostale karbonilne skupine. Korištenjem TGA analize određeno je da uzorak GO sadrži veći udio kisika u odnosu na rGO. AFM metoda pokazala je da je da je GO raslojen do monosloja, a isto tako da je nakon redukcije GO moguće izolirati monosloj rGO. Uzorak rGO nanesen je na elektrodu od staklastog ugljika te su ispitana njegova kapacitivna svojstva metodom cikličke voltametrije. Ispitivanje je provedeno u otopini 0,5 mol dm-3 Na2SO4. Pokazano je da uzorak posjeduje dobra kapacitivna svojstva pri čemu su dobiveni specifični kapaciteti od 23 F g-1 do 7 F g-1 što ovisi o uvjetima ispitivanja. During the last decade, chemically modified graphene has been researched throughout many applications such as polymer composite materials, coatings, paints, biomedical materials and a number of other applications due to its exceptional electrical, mechanical, termal and optical characteristics. Graphene can be prepared by different methods such as mechanical and electrochemical exfoliation of graphite, wet chemical synthesis, chemical vapour deposition and epitaxial growth of graphene. Chemical preparation of graphene oxide obtained from graphite is a promising method for large-scale production of graphene. The main goal of this paper was to prepare graphene oxide (GO) from natural graphite by chemical oxidation using Hofmanns method. Chemical oxidation of graphite resulted in graphite oxide that was exfoliated to GO by ultrasonication in deionised water. In order to remove salts and low molecular products, the suspension of GO has been dialysed. Reduction of GO to reduced graphene oxide (rGO) has been sucesfully cerried out using sodium borohydride. The samples of GO and rGO have been characterized by a number of methods such as FT-IR spectroscopy, Atomic forse microscopy (AFM), termogravimetric analysis (TGA) and cyclic voltammetry. By using FT- IR spectroscopy it has been shown that the GO contains oxygen functional groups as well as that hydroxy and epoxy groups were removed in the reduction process while carbonyl groups have remained. By using the thermogravimetric analysis it has been determined that the sample of GO contains the greater share of oxygen compared to rGO. AFM method has shown that the GO and rGO were completely exfoliatet. The obtained rGO was applied on a glassy carbon support and examined by cyclic voltammetry method. The experimen has been carried out in a 0,5 mol dm-3 of Na2SO4 solution. The specific capacitance value depended on testing procedure and it was foun to be in the range from 23 F g-1 do 7 Fg-1.

Ovaj završni rad daje sažet pregled općih svojstava te postupaka nastanka grafena kao i njegove primjene u inženjerstvu materijala. Cilj je primjene grafena poboljšanje svojstava različitih materijala. Grafen je jednoatomski monosloj grafita koji je alotropska modifikacija ugljika, dvodimenzionalna elementarna tvar izuzetno dobrih mehaničkih, toplinskih te električnih svojstava. Postupnim otkrivanjem njegovih fizikalnih svojstava, potencijalne primjene te tržišne perspektive, istraživači diljem svijeta sve se više bave grafenom. U radu će se teorijski prikazati primjena grafena na različite materijale i kako on utječe na poboljšanje materijala, te ukazati na moguće probleme. This work gives a concise overview of general properties and processes for preparation of graphene and its application in engineering materials. The goal of application of graphene is to improve the properties of different materials. Graphene is a monoatomic monolayer of graphite, which is an allotrope modification of carbon. It is a two-dimensional elemental substance of extremely good mechanical, thermal and electrical properties. The gradual disclosure of its physical properties, potential applications and market prospects lead researchers around the world to become increasingly concerned with it. Based on this, this work will theoretically show application of graphene in a variety of materials, how it affects the improvement of material and what the problems are.