Наноструктуралы материалларны өч үлчәмле никель күбек материалларында су яраклары өчен электрокатализатор буларак куллану

Калдыклы ягулыкның бетүе, энергия һәм экологик проблемалар турында борчылулар альтернатив энергия чыганакларын үстерү буенча зур тикшеренүләргә китерде.Электрохимик электролизводород ягулыгы җитештерү өчен перспектив стратегия булып санала. Ләкин, эффектив су яраклары эффектив һәм чыдам электрокатализаторлар таләп итә, алар кислород чыгару реакциясе кинетикасын тизләтә ала (OER) һәм водород-чыгару реакциясе (HER). Pt һәм аның эретмәләре, RuO2 һәм IrO2 кебек яхшы металл булган катализаторлар хәзерге вакытта OER һәм HER катализаторы өчен иң эффектив катализаторлар. Ләкин, асыл металлларның югары бәясе һәм азлыгы аларның масштаблы кулланылышына һәм яңартыла торган энергия технологияләрен үстерүгә комачаулый. Бу чикләүләрне җиңәр өчен, OER һәм OERHER өчен экономик альтернатива буларак, җиргә бай материаллар кулланып, кыйммәтле металл электрокатализаторларны проектлау һәм синтезлау өчен зур көч куелды. Күчмә металл оксидлары, сульфидлар, фосфидлар, углерод материаллары, селенидлар һәм катнаш металл комплекслар киң өйрәнелгән һәм OER һәм HER өчен перспектив күрсәткеч күрсәттеләр. Ләкин, бу электрокатализаторларның күбесе асыл металл нигезендәге катализаторларга караганда югарырак потенциал таләп итә, һәм аларның тотрыклылыгын яхшырту мөһим булып кала. Шуңа күрә, суны эффектив бүлү өчен югары активлык һәм озак вакытлы тотрыклылык белән аз чыгымлы һәм эффектив альтернатив электрод структурасын эшләргә ашыгыч ихтыяҗ бар.

Электрохимик куллану өлкәсендә, электродлар әзерләү өчен ике төп стратегия кулланылды. Беренче һәм иң киң кулланылган техника катализаторларны порошок формасында куллануны үз эченә ала. Гадәттә, электродлар электроактив материаллар, үткәрүчәнлекне көчәйткечләр һәм үткәргеч субстратларга ябыштыргычлар ярдәмендә төзелә. Ләкин бу ысул кимчелексез түгел. Төп җитешсезлек - электролит белән катализатор арасындагы контакт мәйданын киметүче электр изоляцион бәйләүчегә таләп. Бу катализатор актив сайтларны блоклауга китерергә мөмкин, нәтиҗәдә югары каршылык һәм электрокаталитик эшнең кимүе. Моннан тыш, электродлар чагыштырмача тотрыксыз, чөнки кушылган катализатор югары ток тыгызлыгында үткәргеч субстраттан кабыгын чыгарырга омтыла. Электрод әзерләүнең икенче төп стратегиясе - никель күбек, бакыр фольга, углерод тукымасы яки кәгазь, FTO, дат басмаган корыч һәм никель фольга кебек турыдан-туры үткәргеч субстратка электродепозитланган асыл металл материалларны куллану. Ләкин, бу алым чиксез түгел. Сакланган актив материаллар арасындагы үтемле урынны төгәл контрольдә тоту кыен, шуңа күрә, электрод җитештерүчәнлеге кино калынлыгын арттыру белән кими, субстратның катализатор актив сайтларга керә алмавы аркасында. Моннан тыш, методның катлаулылыгы һәм бәясе аның практик кулланылышына зур комачаулый. Шуңа күрә, чыгымлы эффектив ясау техникасын үстерүөч үлчәмле (3D) электродларуңышлы электрохимик кушымталар өчен кирәк.

Күзәнәк структуралары һәм югары специфик мәйданнары булган яңа өч үлчәмле металл материаллар үсеше ион диффузия озынлыгын киметү һәм ион һәм электрон үткәрүчәнлекне арттыру потенциалы аркасында зур игътибар җәлеп итте. Шуңа күрә, электрокатализатор дизайны өчен перспектив юнәлеш - югары үткәрүчәнлек, зур өслек мәйданы һәм югары тотрыклылык тәэмин итүче катализатор йөртүчеләрнең наноструктуралы составын булдыру өчен төрле структур үлчәмнәрне берләштерү.Никель күбек(NF), коммерцияле һәм арзан материал, кирәкле өч үлчәмле ачык күзәнәк структурасы, югары электр үткәрүчәнлеге, һәм зур өслек мәйданы аркасында электрод материаллары өчен субстрат һәм ташучы буларак киң кулланылды. Микропорлар һәм ябык агым. NF эчендәге каналлар шулай ук ​​яхшы масса күчерүне һәм берәмлек мәйданына зур өслек мәйданын тәэмин итәләр. Төрле субстратлар, шул исәптән төрле металл күбекләр, мешлар, фольга һәм тукымалар, литий-ион батарейкалары, суперкапсаторлар, кояш күзәнәкләре һәм су бүленеше кебек электрохимик кушымталар җыючы буларак тикшерелде. Аерым алганда, күзәнәкле NFлар аз чыгымнары, электр үткәрүчәнлеге, эре электроактив өслек мәйданы аркасында игътибарны җәлеп иттеләр, бу катализаторларны йөкләү һәм электрохимик актив мәйданнарны арттыру өчен идеаль. Моннан тыш, күзәнәкле NF электролитларның массакүләм транспортын көчәйтүдә өстенлекләргә ия, аларны энергия кушымталарында югары агымдагы коллекторларга яраклы кандидатлар итәләр. Никель күбекендәге актив материалларның туры үсүе шулай ук ​​су ярылу реакцияләрендә эффектив электрон тапшыру өчен катализатор-субстрат контактны көчәйтә. Суперкапситор һәм батарея электродлары NF өчен төп кушымталар булып кала, соңгы тикшеренүләр күрсәткәнчә, бу материалга урнаштырылган электрод материаллары Ni фольгасы һәм ятьмәләренә караганда OER активлыгы өстенрәк. Бу материаллар табигый формада яисә актив материаллар белән бизәлгән булырга мөмкин, һәм күбекләр коллектор һәм ярдәмче субстратлар буларак кулланылырга мөмкин. Шулай итеп, NF субстратларында наноструктуралы, җиргә бай катализатор материалның үсеше энергия саклау / конверсия җайланмалары өчен алдынгы электрод материалларын үстерергә вәгъдә бирә. Никель күбекендә турыдан-туры үскән җиргә бай электрокатализаторлар гадәттә булса да, OER һәм HER өчен никель күбекендәге өч үлчәмле электродлар киң тикшерелмәгән, алар аз бәяле һәм уйлап чыгару җиңел булган иерархик структуралар булса да.