Cleachdadh stuthan nanostructured air stuthan foam nicil trì-thaobhach mar electrocatalysts airson sgàineadh uisge

Tha dìth connadh fosail agus draghan a tha a’ sìor fhàs mu chùisean lùtha is àrainneachd air leantainn gu oidhirpean rannsachaidh farsaing gus stòran lùtha eile a leasachadh.Electrolysis electrochemicaluisge air a mheas mar ro-innleachd gealltanach airson cinneasachadh connaidh hydrogen. Ach, tha sgàineadh uisge èifeachdach a’ feumachdainn electrocatalysts èifeachdach is seasmhach a dh’ fhaodas luathachadh a dhèanamh air cinneasachd an ath-tharraing ocsaidean (OER) agus ath-tharraing haidridean (HER). Is e catalysts anns a bheil meatailt noble, leithid Pt agus na h-aloidhean aige, RuO2 agus IrO2, na catalysts as èifeachdaiche airson OER agus HER a chatalachadh. Ach, tha cosgais àrd agus gainnead mheatailtean uasal air bacadh a chuir air an cleachdadh air sgèile mhòr agus leasachadh theicneòlasan lùth ath-nuadhachail. Gus faighinn thairis air na cuingeadan sin, chaidh oidhirpean mòra a dhèanamh gus electrocatalysts meatailt neo-luachmhor a dhealbhadh agus a cho-chur a’ cleachdadh stuthan làn talmhainn mar roghainnean eaconamach eile an àite OER agus OERHER. Chaidh sgrùdadh farsaing a dhèanamh air ocsaidean meatailt gluasaid, sulfides, fosphides, stuthan gualain, selenides, agus iom-fhilltean meatailt measgaichte agus tha iad air coileanadh gealltanach a nochdadh airson OER agus HER. Ach, tha feum aig a’ mhòr-chuid de na electrocatalysts sin air cus chomasan na catalysts uasal stèidhichte air meatailt, agus tha e deatamach gun tèid an seasmhachd a leasachadh. Mar sin, tha feum èiginneach air structar eileagtronaigeach cosgais ìseal agus èifeachdach a leasachadh le gnìomhachd àrd agus seasmhachd fad-ùine airson sgoltadh uisge èifeachdach.

Anns an raon de thagraidhean electrochemical, chaidh dà phrìomh ro-innleachd a chleachdadh airson dealanan ullachadh. Tha a’ chiad dòigh agus an dòigh as fharsainge air a chleachdadh a’ toirt a-steach cleachdadh catalysts ann an cruth pùdar. Mar as trice, bidh dealanan air an togail le bhith a’ cleachdadh siotaichean de stuthan dealanach, luchd-neartachaidh giùlain, agus adhesives air fo-stratan giùlain. Ach, chan eil an dòigh-obrach seo às aonais eas-bhuannachdan. Is e am prìomh ana-cothrom an riatanas airson inneal-ceangail le insulation dealain, a lughdaicheas an raon conaltraidh eadar an electrolyte agus an catalyst. Dh’ fhaodadh seo leantainn gu bhith a’ bacadh làraich a tha gnìomhach gu catalytigeach, a’ leantainn gu àrd-aghaidh agus coileanadh electrocatalytic nas lugha. A bharrachd air an sin, tha na dealanan gu ìre neo-sheasmhach, leis gu bheil an catalyst ceangailte buailteach a bhith a’ rùsgadh bhon fho-strat giùlain aig dùmhlachd sruth àrd. Is e an dàrna prìomh ro-innleachd airson ullachadh dealanan cleachdadh stuthan uasal stèidhichte air meatailt a tha air an tasgadh gu dìreach air an t-substrate giùlain, leithid foam nicil, foil copair, clò gualain no pàipear, FTO, stàilinn gun staoin agus foil nicil. Ach, chan eil an dòigh-obrach seo gun a chuingealachaidhean. Tha e duilich smachd mionaideach a chumail air an àite ruigsinneach eadar na stuthan gnìomhach a chaidh a thasgadh agus, mar sin, tha coileanadh an electrode a’ lughdachadh le tighead film a tha a ’sìor fhàs mar thoradh air cho neo-ruigsinneach sa tha an t-substrate gu na làraich a tha gnìomhach gu catalytigeach a-staigh. A bharrachd air an sin, tha iom-fhillteachd agus cosgais àrd a 'mhodh gu mòr a' cur bacadh air a chleachdadh practaigeach. Mar sin, tha leasachadh dòighean saothrachaidh cosg-èifeachdach airsonelectrodan trì-thaobhach (3D).riatanach airson tagraidhean electrochemical soirbheachail.

Tha leasachadh stuthan meitabileach trì-thaobhach ùr le structaran porous agus raointean uachdar sònraichte àrd air mòran aire a tharraing air sgàth an comas a bhith a’ lughdachadh fad sgaoilidh ian agus ag àrdachadh seoltachd ionic agus dealanach. Mar sin, is e stiùireadh gealltanach airson dealbhadh electrocatalyst diofar mheudan structarail a thoirt còmhla gus cruth nanostructured de luchd-giùlan catalyst a chruthachadh a bheir seachad seoltachd àrd, farsaingeachd uachdar mòr agus seasmhachd àrd.Nickel foam(NF), stuth a tha ri fhaighinn gu malairteach agus saor, air a chleachdadh gu farsaing mar fho-strat agus neach-giùlan airson stuthan dealanach air sgàth an structar pore fosgailte trì-thaobhach ion-mhiannaichte, giùlan dealain àrd, agus farsaingeachd uachdar sònraichte mòr. bidh seanalan taobh a-staigh nan NFn cuideachd a’ toirt seachad gluasad mòr math agus farsaingeachd uachdar mòr gach aonad. Chaidh diofar fho-stratan, a’ toirt a-steach diofar foam meatailt, mogaill, foils agus aodach, a sgrùdadh mar luchd-cruinneachaidh airson tagraidhean electrochemical leithid bataraidhean lithium-ion, supercapacitors, ceallan grèine agus sgoltadh uisge. Gu sònraichte, tha NFn porous air aire a tharraing air sgàth an cosgais ìosal, an giùlan dealain, agus an raon uachdar electroactive mòr, a tha air leth freagarrach airson a bhith a ’luchdachadh catalysts agus a’ meudachadh làraich gnìomhach electrochemical. A bharrachd air an sin, tha buannachdan aig NF porous ann a bhith ag àrdachadh còmhdhail mòr electrolytes, gan dèanamh nan tagraichean freagarrach airson luchd-cruinneachaidh gnàthach uachdar àrd ann an tagraidhean lùtha. Bidh fàs dìreach de stuthan gnìomhach air foam nicil cuideachd ag àrdachadh conaltradh catalyst-substrate airson gluasad dealanach èifeachdach ann an ath-bhualaidhean sgàineadh uisge. Ged a tha supercapacitor agus electrodan bataraidh fhathast nam prìomh thagraidhean airson NFn, tha sgrùdaidhean o chionn ghoirid air sealltainn gu bheil gnìomhachd OER nas fheàrr aig stuthan electrode a chaidh a thasgadh air an stuth seo na foils agus lìn Ni. Faodar na stuthan sin a chuir an sàs ann an cruth nàdarra no air an sgeadachadh le stuthan gnìomhach, agus faodar na foams a chleachdadh an dà chuid mar luchd-cruinneachaidh agus fo-stratan taic. Mar sin, tha fàs stuth catalytic nanostructured, làn talmhainn air substrates NF a’ cumail gealladh airson leasachadh stuthan electrode adhartach airson innealan stòraidh / tionndaidh lùtha. Ged a tha electrocatalysts làn talmhainn a dh’ fhàs gu dìreach air foam nicil rim faighinn gu cumanta, cha deach sgrùdadh farsaing a dhèanamh air electrodan trì-thaobhach air foam nicil airson OERs agus HERs, ged a tha iad nan structaran rangachaidh porous a tha aig prìs ìosal agus furasta an dèanamh.