Utumiaji wa nyenzo zenye muundo wa nano kwenye nyenzo za povu za nikeli zenye sura tatu kama kichocheo cha umeme cha kupasuka kwa maji.

Kupungua kwa nishati ya mafuta na wasiwasi unaoongezeka kuhusu masuala ya nishati na mazingira kumesababisha juhudi kubwa za utafiti ili kuendeleza vyanzo mbadala vya nishati.Electrochemical electrolysisya maji inachukuliwa kuwa mkakati wa kuahidi kwa uzalishaji wa mafuta ya hidrojeni. Hata hivyo, kupasuka kwa maji kwa ufanisi kunahitaji vichochezi bora vya umeme na vya kudumu ambavyo vinaweza kuharakisha kinetiki ya mmenyuko wa uondoaji wa oksijeni (OER) na mmenyuko wa uondoaji wa hidrojeni (HER). Vichocheo bora vyenye chuma, kama vile Pt na aloi zake, RuO2 na IrO2, kwa sasa ni vichocheo bora zaidi vya kuchochea OER na HER. Hata hivyo, gharama kubwa na uhaba wa metali nzuri zimezuia matumizi yao makubwa na maendeleo ya teknolojia ya nishati mbadala. Ili kuondokana na mapungufu haya, juhudi kubwa zimefanywa ili kubuni na kuunganisha vichochezi vya elektroni vya metali zisizo na thamani kwa kutumia nyenzo za ardhini kama njia mbadala za kiuchumi za OER na OERHER. Oksidi za metali za mpito, salfaidi, fosfidi, nyenzo za kaboni, selenidi, na mchanganyiko wa metali mchanganyiko zimesomwa kwa kina na zimeonyesha utendakazi mzuri kwa OER na HER. Walakini, nyingi za vichochezi hivi vya kielektroniki vinahitaji uwezo wa juu zaidi kuliko vichocheo bora vya msingi wa chuma, na kuboresha uthabiti wao bado ni muhimu. Kwa hiyo, kuna haja ya haraka ya kuendeleza muundo wa electrode mbadala wa gharama nafuu na ufanisi na shughuli za juu na utulivu wa muda mrefu kwa kugawanyika kwa maji kwa ufanisi.

Katika uwanja wa maombi ya electrochemical, mikakati miwili mikuu imetumika kuandaa elektrodi. Mbinu ya kwanza na inayotumiwa sana inahusisha matumizi ya vichocheo katika fomu ya poda. Kwa kawaida, elektrodi hujengwa kwa kutumia tope la vifaa vya umeme, viboreshaji vya upitishaji, na wambiso kwenye substrates za conductive. Walakini, njia hii sio bila mapungufu. Hasara kuu ni mahitaji ya binder ya kuhami umeme, ambayo inapunguza eneo la mawasiliano kati ya electrolyte na kichocheo. Hii inaweza kusababisha kuzuiwa kwa tovuti zinazofanya kazi kwa kasi, na kusababisha upinzani wa juu na kupungua kwa utendaji wa kieletroniki. Kwa kuongeza, elektroni hazibadiliki, kwani kichocheo kilichounganishwa huwa na kujiondoa kutoka kwa substrate inayoendesha kwenye msongamano wa juu wa sasa. Mkakati mkuu wa pili wa utayarishaji wa elektrodi ni utumiaji wa nyenzo za msingi za chuma ambazo huwekwa moja kwa moja kwenye substrate ya conductive, kama vile povu ya nikeli, karatasi ya shaba, kitambaa cha kaboni au karatasi, FTO, chuma cha pua na karatasi ya nikeli. Walakini, njia hii sio bila mapungufu yake. Ni vigumu kudhibiti kwa usahihi nafasi inayoweza kufikiwa kati ya nyenzo amilifu zilizowekwa na, kwa hivyo, utendakazi wa elektrodi hupungua kwa kuongezeka kwa unene wa filamu kwa sababu ya kutoweza kufikiwa kwa sehemu ndogo kwenye tovuti zinazofanya kazi kichochezi ndani. Kwa kuongeza, utata na gharama kubwa ya njia huzuia sana matumizi yake ya vitendo. Kwa hiyo, maendeleo ya mbinu za utengenezaji wa gharama nafuu kwaelektroni zenye sura tatu (3D).ni muhimu kwa ajili ya maombi mafanikio electrochemical.

Ukuzaji wa nyenzo mpya za metali zenye sura tatu zilizo na miundo ya vinyweleo na maeneo mahususi ya juu ya uso umevutia umakini mkubwa kutokana na uwezo wao wa kupunguza urefu wa usambaaji wa ioni na kuongeza upitishaji wa ioni na kielektroniki. Kwa hiyo, mwelekeo wa kuahidi wa kubuni wa electrocatalyst ni kuchanganya vipimo tofauti vya kimuundo ili kuunda mchanganyiko wa nanostructured wa flygbolag za kichocheo ambazo hutoa conductivity ya juu, eneo kubwa la uso na utulivu wa juu.Povu ya nikeli(NF), nyenzo zinazopatikana kibiashara na za bei nafuu, zimetumika sana kama substrate na kibebea vifaa vya elektrodi kutokana na muundo wake unaohitajika wa vinyweleo vya pande tatu, upitishaji umeme wa juu, na eneo kubwa mahususi la uso.Mikropori na mtiririko ulioporomoka. njia ndani ya NFs pia hutoa uhamishaji mzuri wa wingi na eneo kubwa la uso kwa kila eneo la kitengo. Sehemu ndogo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na povu tofauti za chuma, meshes, foil na vitambaa, zimegunduliwa kama vikusanyaji vya utumizi wa kemikali za kielektroniki kama vile betri za lithiamu-ion, supercapacitors, seli za jua na mgawanyiko wa maji. Hasa, NF za vinyweleo zimevutia umakini kutokana na gharama zao za chini, upitishaji umeme, na eneo kubwa la uso wa umeme, ambalo ni bora kwa kupakia vichocheo na kuongeza maeneo ya kazi ya elektroni. Kwa kuongeza, NF za vinyweleo zina faida katika kuimarisha usafiri wa wingi wa elektroliti, na kuwafanya watahiniwa wanaofaa kwa watozaji wa sasa wa eneo la juu katika matumizi ya nishati. Ukuaji wa moja kwa moja wa nyenzo amilifu kwenye povu ya nikeli pia huongeza mguso wa kichocheo-substrate kwa uhamishaji mzuri wa elektroni katika athari za kupasuka kwa maji. Wakati supercapacitor na elektroni za betri zinasalia kuwa programu kuu za NFs, tafiti za hivi karibuni zimeonyesha kuwa nyenzo za elektrodi zilizowekwa kwenye nyenzo hii zina shughuli bora ya OER kuliko foli na nyavu za Ni. Nyenzo hizi zinaweza kutumika kwa fomu yao ya asili au kupambwa kwa vifaa vya kazi, na povu zinaweza kutumika kama watoza na substrates za usaidizi. Kwa hivyo, ukuaji wa nyenzo za kichocheo zenye muundo wa nano, zenye utajiri wa ardhi kwenye substrates za NF unashikilia ahadi ya uundaji wa nyenzo za hali ya juu za elektrodi kwa vifaa vya kuhifadhi/kugeuza nishati. Ingawa vichochezi vya kielektroniki vya utajiri wa ardhi vinavyokuzwa moja kwa moja kwenye povu ya nikeli hupatikana kwa kawaida, elektroni zenye sura tatu kwenye povu ya nikeli kwa OERs na HER hazijachunguzwa kwa kina, ingawa ni miundo yenye vinyweleo vya hali ya juu ambayo ni ya gharama ya chini na rahisi kutengeneza.