Истифодаи маводи наноструктуравӣ дар маводи сеченакаи никелӣ ҳамчун электрокатализатор барои крекинги об

Камшавии сӯзишвории истихроҷшуда ва нигарониҳои афзоянда дар бораи масъалаҳои энергетикӣ ва экологӣ боиси талошҳои густурдаи пажӯҳишӣ барои таҳияи манбаъҳои алтернативии энергия шудааст.Электролизи электрохимиявӣоб стратегияи умедбахши истеҳсоли сӯзишвории гидроген ҳисобида мешавад. Бо вуҷуди ин, крекинги самараноки об электрокатализаторҳои муассир ва пойдорро талаб мекунад, ки метавонанд кинетикаи реаксияи истихроҷи оксиген (OER) ва реаксияи гидрогенро (HER) суръат бахшанд. Катализаторҳои дорои металлҳои некӯ, ба монанди Pt ва хӯлаҳои он, RuO2 ва IrO2, дар айни замон катализаторҳои муассир барои катализатори OER ва HER мебошанд. Аммо қимат ва камчинии металлҳои гаронбаҳо ба татбиқи васеъи онҳо ва рушди технологияҳои энергияи барқароршаванда монеъ шуд. Барои бартараф кардани ин маҳдудиятҳо, барои тарҳрезӣ ва синтез кардани электрокатализаторҳои металлҳои ғайриқиматбаҳо бо истифода аз маводи фаровони замин ҳамчун алтернативаҳои иқтисодӣ ба OER ва OERHER кӯшишҳои зиёд ба харҷ дода шуданд. Оксидҳои металлҳои гузаранда, сульфидҳо, фосфидҳо, масолеҳи карбон, селенидҳо ва комплексҳои металлҳои омехта ба таври васеъ омӯхта шудаанд ва барои OER ва HER нишондиҳандаҳои умедбахш нишон доданд. Бо вуҷуди ин, аксарияти ин электрокатализаторҳо нисбат ба катализаторҳои металлӣ бартариятҳои зиёдтарро талаб мекунанд ва беҳтар кардани устувории онҳо аҳамияти ҳалкунанда боқӣ мемонад. Аз ин рӯ, зарурати таъҷилӣ таҳия кардани сохтори алтернативии электродҳои камхарҷ ва самараноки дорои фаъолияти баланд ва устувории дарозмуддат барои тақсимоти самараноки об ба миён меояд.

Дар сохаи истифодаи электрохимиявй, ду стратегияи асосӣ барои тайёр кардани электродҳо истифода шудаанд. Техникаи аввалин ва аз ҳама васеъ истифодашаванда истифодаи катализаторҳо дар шакли хока мебошад. Одатан, электродҳо бо истифода аз шламҳои маводи электроактивӣ, тақвиятдиҳандаҳои гузаронанда ва илтиёмҳо дар субстратҳои гузаронанда сохта мешаванд. Бо вуҷуди ин, ин усул аз камбудиҳо холӣ нест. Камбудии асосӣ ин талабот ба пайвандгари изолятсияи электрикӣ мебошад, ки майдони алоқаи байни электролит ва катализаторро кам мекунад. Ин метавонад боиси бастани сайтҳои каталитикӣ гардад, ки дар натиҷа муқовимати баланд ва коҳиши кори электрокаталитикӣ ба вуҷуд ояд. Илова бар ин, электродҳо нисбатан ноустуворанд, зеро катализатори пайвастшуда дар зичии баланди ҷараён аз субстрат гузаронанда канда мешавад. Дуюм стратегияи асосии тайёр кардани электрод ин истифодаи маводҳои аз металл асосёфта мебошад, ки мустақиман ба субстрати ноқилӣ, аз қабили пенофоли никел, фолгаи мис, матои карбон ё коғаз, FTO, пӯлоди зангногир ва фолгаи никелӣ ҷойгир карда мешаванд. Бо вуҷуди ин, ин равиш аз маҳдудиятҳои худ холӣ нест. Назорати дақиқи фазои дастраси байни маводи фаъоли гузошташуда душвор аст ва аз ин рӯ, самаранокии электрод бо афзоиши ғафсии филм аз сабаби дастнорас будани субстрат ба сайтҳои каталитикӣ фаъоли дохили он коҳиш меёбад. Илова бар ин, мураккабӣ ва арзиши баланди усул ба татбиқи амалии он хеле халал мерасонад. Аз ин рӯ, таҳияи усулҳои истеҳсоли камхарҷ бароиэлектродҳои сеченака (3D).барои бомуваффақият татбиқи электрохимиявӣ зарур аст.

Коркарди масолехи нави металлии сеченака бо сохторхои ковок ва масохати баланди хоси сатхи он аз сабаби потенсиали кам кардани дарозии диффузияи ионхо ва баланд бардоштани гузарониши ионй ва электрони диккати калонро ба худ чалб кардааст. Аз ин рӯ, як самти ояндадор барои тарҳрезии электрокатализатор омезиши андозаҳои гуногуни сохторӣ бо мақсади эҷоди як таркиби наноструктураи интиқолдиҳандагони катализатор мебошад, ки гузаронандагии баланд, масоҳати сатҳи калон ва устувории баландро таъмин мекунанд.Кафкаи никел(NF), маводи дар тиҷорат дастрас ва арзон аст, ба таври васеъ ҳамчун субстрат ва интиқолдиҳанда барои маводи электрод истифода бурда мешавад, бо сабаби сохтори се-ченакаи матлуби сӯрохии кушода, гузариши баланди барқ ​​ва майдони калони мушаххаси сатҳи. каналҳо дар дохили NFs инчунин интиқоли хуби масса ва майдони калони сатҳи як воҳидро таъмин мекунанд. Субстратҳои гуногун, аз ҷумла кафкҳои гуногуни металлӣ, торҳо, фолгаҳо ва матоъҳо ҳамчун коллекторҳо барои барномаҳои электрохимиявӣ, аз қабили батареяҳои литий-ион, суперконденсаторҳо, ҳуҷайраҳои офтобӣ ва тақсимоти об омӯхта шудаанд. Махсусан, НФ-ҳои ковокӣ аз сабаби камхарҷ, гузаронандагии барқ ​​ва майдони калони электроактивии худ, ки барои бор кардани катализаторҳо ва баланд бардоштани маконҳои фаъоли электрохимиявӣ беҳтаринанд, диққати худро ҷалб карданд. Илова бар ин, NF-ҳои ковок дар баланд бардоштани интиқоли оммавии электролитҳо бартарият доранд ва онҳоро барои коллекторҳои сатҳи баланди сатҳи баланд дар барномаҳои энергетикӣ номзадҳои мувофиқ мегардонанд. Афзоиши мустақими маводҳои фаъол дар кафки никел инчунин алоқаи катализатор-субстратро барои интиқоли самараноки электронҳо дар реаксияҳои крекинги об беҳтар мекунад. Гарчанде ки электродҳои суперконденсаторҳо ва батареяҳо барномаҳои асосӣ барои NF-ҳо боқӣ мемонанд, таҳқиқоти охирин нишон доданд, ки маводи электроди дар ин мавод ҷойгиршуда нисбат ба фолгаҳо ва тӯрҳои Ni фаъолияти баландтари OER доранд. Ин маводҳо метавонанд дар шакли табиӣ ё бо маводҳои фаъол ороиш дода шаванд ва кафкҳоро ҳам ҳамчун коллектор ва ҳам ҳамчун субстратҳои дастгирӣ истифода бурдан мумкин аст. Ҳамин тариқ, афзоиши маводи каталитикии наноструктураи аз замин бой дар субстратҳои NF барои таҳияи маводҳои пешрафтаи электрод барои дастгоҳҳои нигоҳдорӣ/табдилдиҳии энергия ваъда медиҳад. Гарчанде ки электрокатализаторҳои аз замин бой, ки мустақиман дар кафки никел парвариш карда мешаванд, маъмулан дастрасанд, электродҳои сеченака дар кафки никел барои OERs ва HERs ба таври васеъ таҳқиқ карда нашудаанд, гарчанде ки онҳо сохторҳои иерархивии ковок мебошанд, ки арзиши кам доранд ва сохтанашон осон аст.