முப்பரிமாண நிக்கல் நுரைப் பொருட்களில் நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட பொருட்களை நீர் விரிசலுக்கு எலக்ட்ரோகேடலிஸ்ட்களாகப் பயன்படுத்துதல்

புதைபடிவ எரிபொருட்களின் குறைவு மற்றும் ஆற்றல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகள் பற்றிய வளர்ந்து வரும் கவலைகள் மாற்று எரிசக்தி ஆதாரங்களை உருவாக்க விரிவான ஆராய்ச்சி முயற்சிகளுக்கு வழிவகுத்தது.மின்வேதியியல் மின்னாற்பகுப்புஹைட்ரஜன் எரிபொருள் உற்பத்திக்கான நீர் ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய உத்தியாகக் கருதப்படுகிறது. இருப்பினும், திறமையான நீர் விரிசலுக்கு ஆக்சிஜன்-பிரித்தல் வினை (OER) மற்றும் ஹைட்ரஜன் பிரித்தெடுத்தல் எதிர்வினை (HER) ஆகியவற்றின் இயக்கவியலைத் துரிதப்படுத்தக்கூடிய திறமையான மற்றும் நீடித்த மின்னாற்பகுப்புகள் தேவைப்படுகின்றன. Pt மற்றும் அதன் உலோகக்கலவைகள், RuO2 மற்றும் IrO2 போன்ற நோபல் உலோகம் கொண்ட வினையூக்கிகள் தற்போது OER மற்றும் HER ஐ வினையூக்க மிகவும் திறமையான வினையூக்கிகளாக உள்ளன. இருப்பினும், உன்னத உலோகங்களின் அதிக விலை மற்றும் பற்றாக்குறை அவற்றின் பெரிய அளவிலான பயன்பாடு மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சிக்கு தடையாக உள்ளது. இந்த வரம்புகளை கடக்க, OER மற்றும் OERHER க்கு பொருளாதார மாற்றாக பூமியில் ஏராளமான பொருட்களைப் பயன்படுத்தி விலைமதிப்பற்ற உலோக எலக்ட்ரோகேடலிஸ்ட்களை வடிவமைத்து ஒருங்கிணைக்க கணிசமான முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டுள்ளன. மாற்றம் உலோக ஆக்சைடுகள், சல்பைடுகள், பாஸ்பைடுகள், கார்பன் பொருட்கள், செலினைடுகள் மற்றும் கலப்பு-உலோக வளாகங்கள் ஆகியவை விரிவாக ஆய்வு செய்யப்பட்டு OER மற்றும் HER க்கு நம்பிக்கைக்குரிய செயல்திறனைக் காட்டியுள்ளன. இருப்பினும், இந்த எலக்ட்ரோகேடலிஸ்ட்களில் பெரும்பாலானவை உன்னத உலோக அடிப்படையிலான வினையூக்கிகளை விட அதிக ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, மேலும் அவற்றின் நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துவது முக்கியமானது. எனவே, திறமையான நீர்ப் பிரிப்புக்கு அதிக செயல்பாடு மற்றும் நீண்ட கால நிலைத்தன்மையுடன் குறைந்த விலை மற்றும் திறமையான மாற்று மின்முனை கட்டமைப்பை உருவாக்குவது அவசரத் தேவையாக உள்ளது.

மின்வேதியியல் பயன்பாடுகள் துறையில், மின்முனைகளைத் தயாரிக்க இரண்டு முக்கிய உத்திகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. முதல் மற்றும் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் நுட்பம் தூள் வடிவில் வினையூக்கிகளைப் பயன்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது. பொதுவாக, மின்முனைகள் மின்னோட்டப் பொருட்கள், கடத்துத்திறன் மேம்பாட்டாளர்கள் மற்றும் கடத்தும் அடி மூலக்கூறுகளில் பசைகள் ஆகியவற்றின் குழம்புகளைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், இந்த அணுகுமுறை குறைபாடுகள் இல்லாமல் இல்லை. எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் வினையூக்கிக்கு இடையேயான தொடர்பு பகுதியைக் குறைக்கும் மின்சாரம் இன்சுலேடிங் பைண்டரின் தேவை முக்கிய குறைபாடு ஆகும். இது வினையூக்க செயலில் உள்ள தளங்களைத் தடுப்பதற்கு வழிவகுக்கும், இதன் விளைவாக அதிக எதிர்ப்பு மற்றும் மின்னாற்பகுப்பு செயல்திறன் குறைகிறது. கூடுதலாக, மின்முனைகள் ஒப்பீட்டளவில் நிலையற்றவை, ஏனெனில் இணைக்கப்பட்ட வினையூக்கி அதிக மின்னோட்ட அடர்த்தியில் கடத்தும் அடி மூலக்கூறிலிருந்து உரிக்கப்படுகிறது. மின்முனை தயாரிப்பதற்கான இரண்டாவது முக்கிய உத்தியானது, நிக்கல் நுரை, செப்புத் தகடு, கார்பன் துணி அல்லது காகிதம், FTO, துருப்பிடிக்காத எஃகு மற்றும் நிக்கல் படலம் போன்ற கடத்தும் அடி மூலக்கூறில் நேரடியாக எலக்ட்ரோடெபாசிட் செய்யப்படும் உன்னத உலோக அடிப்படையிலான பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதாகும். இருப்பினும், இந்த அணுகுமுறை அதன் வரம்புகள் இல்லாமல் இல்லை. டெபாசிட் செய்யப்பட்ட செயலில் உள்ள பொருட்களுக்கு இடையே உள்ள அணுகக்கூடிய இடத்தை துல்லியமாக கட்டுப்படுத்துவது கடினம், எனவே, வினையூக்கமாக செயல்படும் தளங்களுக்கு அடி மூலக்கூறு அணுக முடியாததால், பட தடிமன் அதிகரிப்பதன் மூலம் மின்முனையின் செயல்திறன் குறைகிறது. கூடுதலாக, முறையின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் அதிக விலை அதன் நடைமுறை பயன்பாட்டை பெரிதும் தடுக்கிறது. எனவே, செலவு குறைந்த புனைகதை நுட்பங்களின் வளர்ச்சிமுப்பரிமாண (3D) மின்முனைகள்வெற்றிகரமான மின்வேதியியல் பயன்பாடுகளுக்கு அவசியம்.

நுண்துளை கட்டமைப்புகள் மற்றும் உயர் குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புப் பகுதிகள் கொண்ட புதிய முப்பரிமாண உலோகப் பொருட்களின் வளர்ச்சி, அயனி பரவல் நீளத்தைக் குறைக்கும் மற்றும் அயனி மற்றும் மின்னணு கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கும் திறன் காரணமாக கணிசமான கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது. எனவே, உயர் கடத்துத்திறன், பெரிய பரப்பளவு மற்றும் உயர் நிலைத்தன்மையை வழங்கும் வினையூக்கி கேரியர்களின் நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட கலவையை உருவாக்க, பல்வேறு கட்டமைப்பு பரிமாணங்களை இணைப்பதே எலக்ட்ரோகேடலிஸ்ட் வடிவமைப்பிற்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய திசையாகும்.நிக்கல் நுரை(NF), வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய மற்றும் விலையுயர்ந்த பொருளானது, அதன் விரும்பத்தக்க முப்பரிமாண திறந்த-துளை அமைப்பு, அதிக மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் பெரிய குறிப்பிட்ட பரப்பளவு காரணமாக எலக்ட்ரோடு பொருட்களுக்கான அடி மூலக்கூறு மற்றும் கேரியராக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நுண் துளைகள் மற்றும் துண்டிக்கப்பட்ட ஓட்டம் NFகளில் உள்ள சேனல்கள் ஒரு யூனிட் பகுதிக்கு நல்ல வெகுஜன பரிமாற்றம் மற்றும் பெரிய பரப்பளவை வழங்குகின்றன. லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள், சூப்பர் கேபாசிட்டர்கள், சோலார் செல்கள் மற்றும் நீர் பிளவு போன்ற மின் வேதியியல் பயன்பாடுகளுக்கு பல்வேறு உலோக நுரைகள், மெஷ்கள், படலங்கள் மற்றும் துணிகள் உள்ளிட்ட பல்வேறு அடி மூலக்கூறுகள் சேகரிப்பாளர்களாக ஆராயப்பட்டுள்ளன. குறிப்பாக, நுண்ணிய NFகள் அவற்றின் குறைந்த விலை, மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் பெரிய மின்னாற்பகுப்பு பரப்பளவு ஆகியவற்றின் காரணமாக கவனத்தை ஈர்த்துள்ளன, இது வினையூக்கிகளை ஏற்றுவதற்கும் மின்வேதியியல் செயலில் உள்ள தளங்களை அதிகரிப்பதற்கும் சிறந்தது. கூடுதலாக, நுண்ணிய NF கள் எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் வெகுஜன போக்குவரத்தை மேம்படுத்துவதில் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை ஆற்றல் பயன்பாடுகளில் அதிக பரப்பளவு தற்போதைய சேகரிப்பாளர்களுக்கு பொருத்தமான வேட்பாளர்களாக அமைகின்றன. நிக்கல் நுரையில் செயலில் உள்ள பொருட்களின் நேரடி வளர்ச்சியானது நீர் விரிசல் எதிர்வினைகளில் திறமையான எலக்ட்ரான் பரிமாற்றத்திற்கான வினையூக்கி-அடி மூலக்கூறு தொடர்பை மேம்படுத்துகிறது. சூப்பர் கேபாசிட்டர் மற்றும் பேட்டரி எலக்ட்ரோடுகள் NF களுக்கான முக்கிய பயன்பாடுகளாக இருந்தாலும், சமீபத்திய ஆய்வுகள் இந்த பொருளில் டெபாசிட் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரோடு பொருட்கள் Ni படலங்கள் மற்றும் வலைகளை விட உயர்ந்த OER செயல்பாட்டைக் கொண்டுள்ளன என்பதைக் காட்டுகின்றன. இந்த பொருட்கள் அவற்றின் இயற்கையான வடிவத்தில் பயன்படுத்தப்படலாம் அல்லது செயலில் உள்ள பொருட்களால் அலங்கரிக்கப்படலாம், மேலும் நுரைகளை சேகரிப்பாளர்களாகவும் ஆதரவு அடி மூலக்கூறுகளாகவும் பயன்படுத்தலாம். எனவே, NF அடி மூலக்கூறுகளில் ஒரு நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட, பூமி நிறைந்த வினையூக்கப் பொருளின் வளர்ச்சி ஆற்றல் சேமிப்பு/மாற்றும் சாதனங்களுக்கான மேம்பட்ட மின்முனைப் பொருட்களின் வளர்ச்சிக்கான உறுதிமொழியைக் கொண்டுள்ளது. நிக்கல் நுரையில் நேரடியாக வளர்க்கப்படும் பூமி நிறைந்த எலக்ட்ரோகேடலிஸ்ட்கள் பொதுவாகக் கிடைத்தாலும், OERகள் மற்றும் HERகளுக்கான நிக்கல் நுரையில் உள்ள முப்பரிமாண மின்முனைகள் விரிவாக ஆய்வு செய்யப்படவில்லை, இருப்பினும் அவை நுண்துளை படிநிலை கட்டமைப்புகள் குறைந்த விலை மற்றும் எளிதில் உருவாக்கப்படுகின்றன.