Sulu organik redoks akış bataryaları için yeni ferrosen psödo-peptit ve kuaterner amonyum yapısındaki katolitlerin geliştirilmesi

Abstract

Enerji, sürdürülebilir kalkınmanın temelidir ve dünya genelinde enerji ihtiyacı sürekli artarken, bu ihtiyacın büyük bir kısmı fosil yakıtlarla karşılanmaktadır. Fosil yakıtların tükenmesi ve artan karbon ayak izi, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini gözler önüne sermiştir. Ancak, yenilenebilir enerjinin kesintili doğası, verimli enerji depolama teknolojilerine olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Bu bağlamda, geçiş metali temelli redoks akış bataryaları (RFB) öne çıkmakta, özellikle vanadyum bazlı RFB'ler yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, vanadyumun yüksek maliyeti ve toksik etkisi, alternatif arayışını zorunlu kılmaktadır. Organik redoks akış bataryaları (ORFB), toksik metal iyonları yerine redoks aktif organik moleküller kullanarak bu soruna çözüm üretmektedir. ORFB'lerin henüz ticari ürüne dönüştürülmüş bir versiyonu olmamakla birlikte, sulu ORFB'ler üzerine yapılan çalışmalar hızla ilerlemektedir. Sulu ORFB'lerde anolit olarak kullanılan birçok başarılı malzemeye karşın, katolit olarak ferrosen, TEMPO, benzokinon ve radyalen dianyonları gibi sınırlı sayıda molekül mevcuttur. Ferrosen türevleri modifikasyona açık yapıları sayesinde umut vermekle beraber ferrosen türevlerinin suda düşük çözünürlükleri ve demirin suya afinitesi nedeniyle zamanla gerçekleşen bozunma, bu alandaki en büyük zorluklardır. Bu tez kapsamında, sulu ORFB'lerde katolit olarak kullanılabilecek yeni, suda çözünür, psödo-peptit ve kuaterner amonyum tuzu yapısındaki 1,4-disübstitüe-1,2,3-triazol ferrosen tuzlarının tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir.Energy is the foundation of sustainable development, and while global energy demand continues to grow, a large portion of this demand is met by fossil fuels. The depletion of fossil fuels and the growing carbon footprint have underscored the importance of renewable energy sources. However, the intermittent nature of renewables has emphasized the need for efficient energy storage technologies. In this context, transition metal-based redox flow batteries (RFB) have emerged as a leading solution, with vanadium-based RFBs being widely used. However, the high cost and toxic effects of vanadium have necessitated the search for alternatives. Organic redox flow batteries (ORFBs) offer a promising solution by using redox-active organic molecules instead of toxic metal ions. Although no commercially available ORFBs exist yet, research on aqueous ORFBs is rapidly progressing. Despite the availability of many successful anolyte materials in aqueous ORFBs, the number of catholyte molecules is limited—primarily including ferrocene, TEMPO, benzoquinone, and radical dianions. While ferrocene derivatives are promising due to their structural tunability, their low water solubility and the affinity of iron for water leading to degradation over time remain significant challenges. In this thesis, the design, synthesis, and characterization of new water-soluble 1,4-disubstituted-1,2,3-triazole ferrocene salts featuring pseudo-peptide and quaternary ammonium salt structures have been carried out, with the goal of developing novel catholyte materials for aqueous ORFBs.