ባለ ሶስት አቅጣጫዊ የኒኬል አረፋ ቁሶች ላይ ናኖ የተዋቀሩ ቁሶችን እንደ ኤሌክትሮክካታላይት የውሃ ስንጥቅ መጠቀም

የቅሪተ አካል ነዳጆች መሟጠጥ እና የኢነርጂ እና የአካባቢ ጉዳዮች አሳሳቢነት እየጨመረ መምጣቱ አማራጭ የሃይል ምንጮችን ለማዘጋጀት ሰፊ ምርምር አድርጓል።ኤሌክትሮኬሚካላዊ ኤሌክትሮይሲስየውሃ አቅርቦት ለሃይድሮጂን ነዳጅ ምርት ተስፋ ሰጭ ስትራቴጂ ተደርጎ ይቆጠራል። ይሁን እንጂ ውጤታማ የውሃ መሰንጠቅ የኦክስጅን-ኤክስትራክሽን ምላሽ (OER) እና የሃይድሮጅን-ኤክስትራክሽን ምላሽ (HER) እንቅስቃሴን የሚያፋጥኑ ቀልጣፋ እና ዘላቂ ኤሌክትሮክካታሊስት ያስፈልገዋል. እንደ Pt እና alloys፣ RuO2 እና IrO2 ያሉ ኖብል ብረት የያዙ ማነቃቂያዎች በአሁኑ ጊዜ OER እና HERን ለማነቃቃት በጣም ቀልጣፋ ማበረታቻዎች ናቸው። ይሁን እንጂ የከበሩ ብረቶች ከፍተኛ ዋጋ እና እጥረት መጠነ ሰፊ አተገባበር እና የታዳሽ ኢነርጂ ቴክኖሎጂዎች እድገት እንቅፋት ሆነዋል። እነዚህን ውሱንነቶች ለመቅረፍ በመሬት ላይ የተትረፈረፈ ቁሳቁሶችን በመጠቀም ውድ ያልሆኑ የብረታ ብረት ኤሌክትሮክካታሊስቶችን ለመንደፍ እና ለማዋሃድ ከኦኤአር እና ከኦኤአርሄር ጋር ኢኮኖሚያዊ አማራጭ ለማድረግ ከፍተኛ ጥረት ተደርጓል። የሽግግር ብረት ኦክሳይዶች፣ ሰልፋይዶች፣ ፎስፋይዶች፣ የካርቦን ቁሶች፣ ሴሊኒዶች እና የተቀላቀሉ-ብረት ውህዶች በስፋት የተጠኑ እና ለኦኤአር እና ለኤችአር ጥሩ አፈጻጸም አሳይተዋል። ነገር ግን፣ አብዛኛዎቹ እነዚህ ኤሌክትሮክካታሊስቶች ከከበሩ ብረት ላይ ከተመሰረቱ ማነቃቂያዎች የበለጠ ከፍተኛ አቅም ይፈልጋሉ፣ እና የእነሱን መረጋጋት ማሻሻል ወሳኝ ነው። ስለዚህ አነስተኛ ዋጋ ያለው እና ቀልጣፋ የአማራጭ ኤሌክትሮዶች መዋቅር በከፍተኛ እንቅስቃሴ እና ውጤታማ የውሃ ክፍፍል የረጅም ጊዜ መረጋጋት ማዘጋጀት አስፈላጊ ነው.

በኤሌክትሮኬሚካላዊ አፕሊኬሽኖች መስክ, ኤሌክትሮዶችን ለማዘጋጀት ሁለት ዋና ስልቶች ጥቅም ላይ ውለዋል. የመጀመሪያው እና በሰፊው ጥቅም ላይ የዋለው ዘዴ በዱቄት መልክ ማነቃቂያዎችን መጠቀምን ያካትታል. በተለምዶ ኤሌክትሮዶች የሚሠሩት በኤሌክትሮአክቲቭ ቁሶች፣ በኮንዳክቲቭ ማበልጸጊያዎች እና በተለዋዋጭ ንጣፎች ላይ ማጣበቂያዎችን በመጠቀም ነው። ይሁን እንጂ ይህ አካሄድ ምንም እንከን የለሽ አይደለም. ዋነኛው ጉዳቱ በኤሌክትሮላይት እና በኬቲስት መካከል ያለውን የግንኙነት ቦታ የሚቀንስ ለኤሌክትሪክ መከላከያ ማያያዣ መስፈርት ነው. ይህ የካታላይትክ ገባሪ ቦታዎችን ወደ መከልከል ሊያመራ ይችላል፣ ይህም ከፍተኛ የመቋቋም እና የኤሌክትሮካታሊቲክ አፈጻጸምን ይቀንሳል። በተጨማሪም ኤሌክትሮዶች በአንጻራዊ ሁኔታ ያልተረጋጉ ናቸው, ምክንያቱም የተያያዘው ማነቃቂያ ከፍተኛ የአሁኑ እፍጋቶች ላይ ከ conducting substrate ልጣጭ ስለሚፈልግ. የኤሌክትሮል ዝግጅት ሁለተኛው ዋና ስትራቴጂ እንደ ኒኬል አረፋ ፣ የመዳብ ፎይል ፣ የካርቦን ጨርቅ ወይም ወረቀት ፣ ኤፍቲኦ ፣ አይዝጌ ብረት እና ኒኬል ፎይል ያሉ በኤሌክትሮዴፖዚየሽን በቀጥታ ወደ ኮንዳክቲቭ ንጣፍ የተቀመጡ ክቡር ብረት ላይ የተመሰረቱ ቁሶችን መጠቀም ነው። ይሁን እንጂ ይህ አካሄድ ያለ ገደብ አይደለም. በተቀማጩ ንቁ ቁሳቁሶች መካከል ያለውን ተደራሽ ቦታ በትክክል ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ነው ፣ ስለሆነም የኤሌክትሮል አፈፃፀም ከፊልም ውፍረት ጋር እየቀነሰ ይሄዳል ፣ ምክንያቱም ንጣፉ ወደ ውስጥ ላሉ ንቁ ጣቢያዎች ተደራሽ ባለመቻሉ የኤሌክትሮል አፈፃፀም እየቀነሰ ይሄዳል። በተጨማሪም የስልቱ ውስብስብነት እና ከፍተኛ ወጪ ተግባራዊ ትግበራውን በእጅጉ ያደናቅፋል. ስለዚህ ወጪ ቆጣቢ የማምረት ዘዴዎችን ማዳበር ለባለ ሶስት አቅጣጫዊ (3 ዲ) ኤሌክትሮዶችለስኬታማ ኤሌክትሮኬሚካላዊ አፕሊኬሽኖች አስፈላጊ ነው.

አዳዲስ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ብረት ቁሶች ከቦረሰ ህንጻዎች እና ከፍ ያለ ልዩ የገጽታ ቦታዎች መፈጠር የ ion ስርጭትን ርዝመት ለመቀነስ እና ion እና ኤሌክትሮኒክስ ኮንዳክሽን የመጨመር አቅማቸው ከፍተኛ ትኩረትን ስቧል። ስለዚህ ለኤሌክትሮካታሊስት ዲዛይን ተስፋ ሰጭ አቅጣጫ የተለያዩ መዋቅራዊ ልኬቶችን በማጣመር ከፍተኛ ጥንካሬን ፣ ትልቅ ቦታን እና ከፍተኛ መረጋጋትን የሚያቀርቡ የካታላይት ተሸካሚዎችን ናኖ የተዋቀረ ድብልቅ ለመፍጠር ነው።የኒኬል አረፋ(ኤንኤፍ) በንግድ የሚገኝ እና ብዙ ወጪ የማይጠይቅ ቁሳቁስ፣ በሚፈለገው ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ክፍት ቀዳዳ መዋቅር፣ ከፍተኛ የኤሌክትሪክ ንክኪነት እና ትልቅ የተለየ የገጽታ ስፋት ምክንያት ለኤሌክትሮል እቃዎች እንደ ማቀፊያ እና ተሸካሚ ሆኖ በሰፊው ጥቅም ላይ ውሏል። በኤንኤፍኤስ ውስጥ ያሉ ቻናሎች ጥሩ የጅምላ ዝውውር እና ትልቅ የገጽታ ስፋት በአንድ ክፍል አካባቢ ይሰጣሉ። እንደ ሊቲየም-አዮን ባትሪዎች ፣ ሱፐርካፓሲተሮች ፣ የፀሐይ ህዋሶች እና የውሃ ክፍፍል ላሉ ኤሌክትሮኬሚካላዊ አፕሊኬሽኖች እንደ ሰብሳቢዎች ፣የተለያዩ የብረት አረፋዎች ፣ ፍርፋሪዎች ፣ ፎይል እና ጨርቆችን ጨምሮ የተለያዩ ንጣፎች ተዳሰዋል። በተለይም የተቦረቦሩ ኤንኤፍዎች በዝቅተኛ ዋጋቸው፣ በኤሌክትሪካዊ ንክኪነታቸው እና በትልቅ ኤሌክትሮአክቲቭ የገጽታ አካባቢ ምክንያት ትኩረትን ስቧል፣ ይህም ማነቃቂያዎችን ለመጫን እና ኤሌክትሮኬሚካል አክቲቭ ቦታዎችን ለመጨመር ተስማሚ ነው። በተጨማሪም ፣ ባለ ቀዳዳ ኤንኤፍዎች የኤሌክትሮላይቶችን የጅምላ ማጓጓዣን በማጎልበት ጥቅማጥቅሞች አሏቸው ፣ ይህም በኃይል አፕሊኬሽኖች ውስጥ ለከፍተኛ ወለል አከባቢ ሰብሳቢዎች ተስማሚ እጩዎች ያደርጋቸዋል። በኒኬል አረፋ ላይ ያሉ የንቁ ቁሶች ቀጥተኛ እድገት እንዲሁ የውሃ ስንጥቅ ምላሽን ውጤታማ ለማድረግ የኤሌክትሮን ሽግግርን ለማነቃቃት-የመለዋወጫ ግንኙነትን ያሻሽላል። ሱፐርካፓሲተር እና የባትሪ ኤሌክትሮዶች ለኤንኤፍኤዎች ዋና አፕሊኬሽኖች ሆነው ቢቆዩም፣ በቅርብ ጊዜ የተደረጉ ጥናቶች እንደሚያሳዩት በዚህ ቁስ ላይ የተቀመጡ ኤሌክትሮዶች ከኒ ፎይል እና መረቦች የላቀ የOER እንቅስቃሴ አላቸው። እነዚህ ቁሳቁሶች በተፈጥሯዊ መልክ ሊተገበሩ ወይም በንቁ ቁሳቁሶች ሊጌጡ ይችላሉ, እና አረፋዎቹ እንደ ሰብሳቢዎች እና የድጋፍ ሰጭዎች ጥቅም ላይ ይውላሉ. ስለዚህ፣ በናኖ የተዋቀረ፣ በምድር የበለጸገ የካታሊቲክ ቁሳቁስ በኤንኤፍ ንኡስ ንጣፎች ላይ ማደግ ለኃይል ማከማቻ/መለዋወጫ መሳሪያዎች የላቀ የኤሌክትሮድ ቁሶችን ለማዳበር ተስፋ ይሰጣል። ምንም እንኳን በኒኬል አረፋ ላይ በቀጥታ የሚበቅሉ በመሬት የበለፀጉ ኤሌክትሮክካታሊስቶች በብዛት የሚገኙ ቢሆንም፣ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ኤሌክትሮዶች በኒኬል አረፋ ለ OERs እና HERs ብዙ አልተመረመሩም ፣ ምንም እንኳን ዝቅተኛ ዋጋ ያላቸው እና ለመስራት ቀላል የሆኑ ባለ ቀዳዳ ተዋረዳዊ መዋቅሮች ናቸው።