Үч өлчөмдүү никель көбүк материалдарында наноструктуралуу материалдарды сууну крекинг үчүн электрокатализатор катары колдонуу

Фоссилдик отундардын түгөнүп баратканы жана энергетика жана экологиялык маселелер боюнча тынчсыздануу күчөгөнү энергиянын альтернативдүү булактарын өнүктүрүү боюнча кеңири изилдөө аракеттерине алып келди.Электрохимиялык электролизсуутек отун өндүрүү үчүн келечектүү стратегия болуп саналат. Бирок, эффективдүү суу крекинги кычкылтек-экстракция реакциясынын (OER) жана суутек-экстракция реакциясынын (HER) кинетикасын тездете турган натыйжалуу жана бышык электрокатализаторлорду талап кылат. Pt жана анын эритмелери, RuO2 жана IrO2 сыяктуу асыл металлды камтыган катализаторлор учурда OER жана HER катализатору үчүн эң эффективдүү катализаторлор болуп саналат. Бирок асыл металлдардын кымбаттыгы жана тартыштыгы аларды кеңири масштабда колдонууга жана энергиянын кайра жаралуучу технологияларын өнүктүрүүгө тоскоол болду. Бул чектөөлөрдү жоюу үчүн, OER жана OERHERге үнөмдүү альтернатива катары жердеги көп материалдарды колдонуу менен баалуу металл эмес электрокатализаторлорду долбоорлоо жана синтездөө боюнча бир топ аракеттер жасалды. Өтмө металл оксиддери, сульфиддер, фосфиддер, көмүртектүү материалдар, селениддер жана аралаш металл комплекстери кеңири изилденген жана OER жана HER үчүн келечектүү көрсөткүчтөрдү көрсөттү. Бирок, бул электрокатализаторлордун көбү асыл металлга негизделген катализаторлорго караганда жогору ашыкча потенциалды талап кылат жана алардын туруктуулугун жогорулатуу чечүүчү мааниге ээ бойдон калууда. Ошондуктан, сууну эффективдүү бөлүү үчүн жогорку активдүүлүгү жана узак мөөнөттүү туруктуулугу менен арзан жана эффективдүү альтернативалуу электрод структурасын иштеп чыгуунун чукул муктаждыгы бар.

Электрохимиялык колдонуу тармагында, электроддорду даярдоо үчүн эки негизги стратегия колдонулган. Биринчи жана эң кеңири колдонулган техника катализаторлорду порошок түрүндөгү колдонууну камтыйт. Эреже катары, электроддор электроактивдүү материалдардын шламдарын, өткөргүчтүктү күчөтүүчү заттарды жана өткөргүч субстраттарга желимдерди колдонуу менен курулат. Бирок, бул ыкма кемчиликтер жок эмес. Негизги кемчилиги - электролит менен катализатордун ортосундагы байланыш аянтын азайтуучу электр изоляциялоочу туташтыргычка болгон талап. Бул каталитикалык активдүү участоктордун бөгөттөлүшүнө алып келиши мүмкүн, натыйжада жогорку каршылыкка жана электрокаталитикалык натыйжалуулуктун төмөндөшүнө алып келет. Мындан тышкары, электроддор салыштырмалуу туруксуз, анткени тиркелген катализатор токтун жогорку тыгыздыгында өткөрүүчү субстраттан сыйрылып кетүүгө умтулат. Электродду даярдоонун экинчи негизги стратегиясы никель көбүгү, жез фольга, көмүртек кездеме же кагаз, FTO, дат баспас болоттон жасалган жана никелден жасалган фольга сыяктуу өткөргүч субстраттын үстүнө түздөн-түз электродепозитирленген асыл металлдын негизиндеги материалдарды колдонуу. Бирок, бул ыкма өзүнүн чектөөлөрү жок эмес. Депозиттик активдүү материалдардын ортосундагы жеткиликтүү мейкиндикти так көзөмөлдөө кыйын, демек, электроддун иштеши пленканын калыңдыгы жогорулаган сайын төмөндөйт, себеби субстрат ичиндеги каталитикалык активдүү жерлерге жеткиликсиз. Мындан тышкары, ыкманын татаалдыгы жана кымбаттыгы аны практикалык колдонууга бир топ тоскоолдук кылат. Ошон-дуктан, учун унемдуу вндуруштун техннкасын иштеп чыгууүч өлчөмдүү (3D) электроддорийгиликтүү электрохимиялык колдонмолор үчүн зарыл.

Иондук диффузиянын узундугун кыскартууга жана иондук жана электрондук өткөргүчтүктү жогорулатууга мүмкүнчүлүктөрү менен көзөнөктүү структуралары жана жогорку өзгөчө беттик аянттары бар жаңы үч өлчөмдүү металлдык материалдарды иштеп чыгуу олуттуу көңүл бурду. Ошондуктан, электрокатализаторду долбоорлоо үчүн келечектүү багыт болуп, жогорку өткөргүчтүктү, чоң беттик аянтты жана жогорку туруктуулукту камсыз кылган катализатор ташыгычтардын наноструктуралуу композициясын түзүү максатында түрдүү структуралык өлчөмдөрдү айкалыштыруу саналат.Никель көбүк(NF), коммерциялык жактан жеткиликтүү жана арзан материал, анын үч өлчөмдүү ачык тешиктүү түзүлүшү, жогорку электр өткөрүмдүүлүгү жана чоң спецификалык беттик аянтына байланыштуу электрод материалдары үчүн субстрат жана ташуучу катары кеңири колдонулат. NFs ичиндеги каналдар да жакшы масса өткөрүүнү жана бирдик аянтына чоң беттик аянтын камсыз кылат. Ар кандай субстраттар, анын ичинде ар кандай металл көбүктөрү, торлор, фольгалар жана кездемелер, литий-иондук батарейкалар, суперконденсаторлор, күн батареялары жана сууну бөлүү сыяктуу электрохимиялык колдонмолор үчүн коллектор катары изилденген. Атап айтканда, кеуектүү NFs арзан баасына, электр өткөргүчтүгүнө жана катализаторлорду жүктөө жана электрохимиялык активдүү жерлерди көбөйтүү үчүн идеалдуу болгон чоң электроактивдүү беттик аянтына байланыштуу көңүлдөрдү бурган. Кошумчалай кетсек, көзөнөктүү NFs электролиттердин массалык транспортун жогорулатууда артыкчылыктарга ээ, бул аларды энергетикалык колдонмолордо жогорку беттик токтун коллекторлору үчүн ылайыктуу талапкерлерге айлантуу. Никель көбүгү боюнча активдүү материалдардын түз өсүшү, ошондой эле суу крекинг реакцияларында эффективдүү электрон өткөрүү үчүн катализатор-субстрат байланышын күчөтөт. Supercapacitor жана аккумулятордук электроддор NFs үчүн негизги тиркемелер бойдон калууда, акыркы изилдөөлөр бул материалга салынган электрод материалдары Ni фольгаларына жана торлоруна караганда жогорку OER активдүүлүгүн көрсөттү. Бул материалдар табигый түрүндө да колдонулушу мүмкүн же активдүү материалдар менен кооздолгон, ал эми пенопласттарды коллектор жана колдоо субстраттары катары колдонсо болот. Ошентип, NF субстраттарында наноструктуралуу, жерге бай каталитикалык материалдын өсүшү энергияны сактоо/конвертациялоочу түзүлүштөр үчүн өнүккөн электроддук материалдарды өнүктүрүү үчүн убада берет. Никель көбүгүндө түздөн-түз өстүрүлгөн жерге бай электрокатализаторлор жалпыга жеткиликтүү болсо да, OERs жана HERs үчүн никель көбүкүндөгү үч өлчөмдүү электроддор кеңири изилдене элек, бирок алар арзан баада жана жасоого оңой болгон көзөнөктүү иерархиялык структуралар.