Gebrûk fan nanostrukturearre materialen op trijediminsjonale nikkelfoammaterialen as elektrokatalysatoren foar wetterkraken

De útputting fan fossile brânstoffen en tanimmende soargen oer enerzjy- en miljeuproblemen hawwe laat ta wiidweidige ûndersyksynspanningen om alternative enerzjyboarnen te ûntwikkeljen.Electrochemical electrolysisfan wetter wurdt beskôge as in kânsrike strategy foar produksje fan wetterstofbrânstof. Effisjinte wetterkraken fereasket lykwols effisjinte en duorsume elektrokatalysatoren dy't de kinetika fan 'e soerstofwinningsreaksje (OER) en wetterstofwinningsreaksje (HER) kinne fersnelle. Edelmetaal-befettende katalysatoren, lykas Pt en syn alloys, RuO2 en IrO2, binne op it stuit de meast effisjinte katalysatoren foar it katalysearjen fan OER en HER. De hege kosten en krapte fan eale metalen hawwe lykwols har grutskalige tapassing en de ûntwikkeling fan technologyen foar duorsume enerzjy hindere. Om dizze beheiningen te oerwinnen, binne grutte ynspanningen makke foar it ûntwerpen en synthesisearjen fan net-edelmetaalelektrokatalysatoren mei ierde-oerfloedige materialen as ekonomyske alternativen foar OER en OERHER. Oergongsmetaaloksiden, sulfiden, fosfiden, koalstofmaterialen, seleniden en mingmetaalkompleksen binne wiidweidich studearre en hawwe kânsrike prestaasjes sjen litten foar OER en HER. De measte fan dizze electrocatalysts fereaskje lykwols hegere overpotentials as ealmetaal-basearre katalysatoren, en it ferbetterjen fan harren stabiliteit bliuwt krúsjaal. Dêrom is d'r in driuwend ferlet om in goedkeape en effisjinte alternative elektrodestruktuer te ûntwikkeljen mei hege aktiviteit en stabiliteit op lange termyn foar effisjinte wettersplitsing.

Op it mêd fan elektrogemyske tapassingen, twa haadstrategyen binne brûkt om elektroden te meitsjen. De earste en meast brûkte technyk omfettet it brûken fan katalysatoren yn poeierfoarm. Typysk wurde elektroden konstruearre troch gebrûk fan slurries fan elektroaktive materialen, konduktiviteitfersterkers, en kleefstoffen op geleidende substraten. Dizze oanpak is lykwols net sûnder neidielen. De wichtichste neidiel is de eask foar in elektrysk isolearjende bynmiddel, dat ferleget it kontakt gebiet tusken de electrolyte en de katalysator. Dit kin liede ta blokkearjen fan 'e katalytysk aktive siden, wat resulteart yn hege wjerstân en fermindere elektrokatalytyske prestaasjes. Dêrnjonken binne de elektroden relatyf ynstabyl, om't de taheakke katalysator de neiging hat om út 'e liedende substraat te skodzjen by hege stroomdichtheden. De twadde wichtichste strategy foar elektrodes tarieding is it brûken fan edel metaal-basearre materialen dy't wurde electrodeposited direkt op de conductive substraat, lykas nikkel skom, koper folie, koalstof doek of papier, FTO, RVS en nikkel folie. Dizze oanpak is lykwols net sûnder syn beheiningen. It is lestich om de tagonklike romte krekt te kontrolearjen tusken de deponearre aktive materialen en dêrom fermindert de elektrodeprestaasje mei tanimmende filmdikte fanwege de ûnberikberens fan it substraat nei de katalytysk aktive plakken binnen. Derneist hindere de kompleksiteit en hege kosten fan 'e metoade har praktyske tapassing sterk. Dêrom, de ûntwikkeling fan kosten-effektive fabrication techniken foartrijediminsjonale (3D) elektrodenis nedich foar suksesfolle elektrogemyske tapassingen.

De ûntwikkeling fan nije trijediminsjonale metallyske materialen mei poreuze struktueren en hege spesifike oerflakgebieten hat in soad oandacht lutsen fanwegen har potensjeel om ioondiffusylingte te ferminderjen en ionyske en elektroanyske konduktiviteit te fergrutsjen. Dêrom is in kânsrike rjochting foar elektrokatalysatorûntwerp om ferskate strukturele dimensjes te kombinearjen om in nanostrukturearre gearstalling fan katalysatordragers te meitsjen dy't hege konduktiviteit, grut oerflak en hege stabiliteit leverje.Nikkel foam(NF), in kommersjeel beskikber en goedkeap materiaal, is in protte brûkt as substraat en drager foar elektrodesmaterialen troch syn winsklike trijediminsjonale iepenpoarstruktuer, hege elektryske konduktiviteit en grutte spesifike oerflak. De mikropoaren en jagged stream kanalen binnen de NFs jouwe ek goede massa oerdracht en grutte oerflak per ienheid gebiet. Ferskate substraten, ynklusyf ferskate metalen skuimen, meshes, folies en stoffen, binne ûndersocht as samlers foar elektrogemyske tapassingen lykas lithium-ion-batterijen, superkondensatoren, sinnesellen en wettersplitsing. Benammen poreuze NF's hawwe oandacht lutsen troch har lege kosten, elektryske konduktiviteit en grutte elektroaktyf oerflak, dat ideaal is foar it laden fan katalysatoren en it fergrutsjen fan elektrogemyske aktive plakken. Derneist hawwe poreuze NF's foardielen by it ferbetterjen fan it massatransport fan elektrolyten, wêrtroch't se gaadlike kandidaten binne foar stroomsamlers mei hege oerflak yn enerzjyapplikaasjes. Direkte groei fan aktive materialen op nikkel skom ferbettert ek katalysator-substraat kontakt foar effisjinte elektroanen oerdracht yn wetter kraken reaksjes. Wylst supercapacitor- en batterijelektroden de wichtichste tapassingen bliuwe foar NF's, hawwe resinte stúdzjes oantoand dat elektrodematerialen dy't op dit materiaal ôfset binne superieure OER-aktiviteit hawwe as Ni-foils en netten. Dizze materialen kinne wurde tapast yn har natuerlike foarm of fersierd mei aktive materialen, en de skuim kin brûkt wurde sawol as samlers en stypjende substraten. Sa hâldt de groei fan in nanostrukturearre, ierdryk katalytysk materiaal op NF-substraten belofte foar de ûntwikkeling fan avansearre elektrodesmaterialen foar apparaten foar enerzjyopslach / konverzje. Hoewol't ierde-rike electrocatalysts groeid direkt op nikkel foam binne algemien beskikber, trijediminsjonale elektroden op nikkel foam foar OERs en HERs binne net wiidweidich ûndersocht, hoewol't se binne poreuze hiërargyske struktueren dy't lege kosten en maklik te fabryk.