Bikaranîna materyalên nanosazkirî yên li ser materyalên kefên nîkelê yên sê-alî wekî elektrokatalîzatorên ji bo şikandina avê

Kêmbûna sotemeniyên fosîl û zêdebûna fikarên li ser mijarên enerjî û jîngehê bûne sedema lêkolînên berfireh ji bo pêşxistina çavkaniyên enerjiya alternatîf.Elektrolîzasyona elektrokîmyayîav ji bo hilberîna sotemeniya hîdrojenê stratejiyek sozdar tê hesibandin. Lêbelê, şikestina avê ya bikêr pêdivî bi elektrokatalîzatorên bikêr û domdar hewce dike ku dikare kînetîka reaksiyona derxistina oksîjenê (OER) û reaksiyona derxistina hîdrojenê (HER) bilez bike. Katalîzatorên xwedan metalên hêja, yên wekî Pt û aligirên wê, RuO2 û IrO2, niha ji bo katalîzasyona OER û HER katalîzatorên herî bikêr in. Lêbelê, lêçûna bilind û kêmbûna metalên hêja, sepana wan a mezin û pêşkeftina teknolojiyên enerjiya nûjen asteng kiriye. Ji bo derbaskirina van sînoran, ji bo sêwirandin û sentezkirina elektrokatalîzatorên metalên ne-bihagir bi karanîna materyalên erdhejê wekî alternatîfên aborî yên ji OER û OERHER re, hewildanên girîng hatine kirin. Oksîdên metal ên veguhêz, sulfîd, fosfîd, materyalên karbonê, selenîd, û kompleksên metal ên tevlihev bi berfirehî hatine lêkolîn kirin û ji bo OER û HER performansa sozdar nîşan dane. Lêbelê, piraniya van elektrokatalîzatoran ji katalîzatorên li ser bingeha metalên hêja potansiyelên bilindtir hewce dikin, û baştirkirina aramiya wan pir girîng dimîne. Ji ber vê yekê, pêdivîyek lezgîn heye ku ji bo dabeşkirina avê ya bikêrhatî, avahiyek elektrodek alternatîf a kêm-mesref û bikêr bi çalakiyek bilind û aramiya demdirêj pêşve bibe.

Di warê sepanên elektrokîmyayî de, ji bo amadekirina elektrodê du stratejiyên sereke hatine bikar anîn. Teknolojiya yekem û herî berfireh tê bikar anîn karanîna katalîzatoran di forma toz de pêk tîne. Bi gelemperî, elektrod bi karanîna kelûpelên materyalên elektroaktîf, bihêzkerên guheztinê, û zeliqandî yên li ser binesazên guhêrbar têne çêkirin. Lêbelê, ev rêbaz ne bê kêmasiyan e. Kêmasiya sereke hewcedariya binderek îzolekirî ya elektrîkî ye, ku qada pêwendiya di navbera elektrolît û katalîzatorê de kêm dike. Ev dibe ku bibe sedema astengkirina malperên çalak ên katalîtîk, ku di encamê de berxwedanek bilind û performansa elektrokatalîtîk kêm dibe. Digel vê yekê, elektrod bi nisbeten bêîstiqrar in, ji ber ku katalîzatorê pêvekirî di dravbûna tîrêjê ya bilind de ji substratê rêve dibe. Stratejiya sereke ya duyemîn a ji bo amadekirina elektrodê karanîna materyalên bingehîn ên metalê yên hêja ye ku rasterast li ser substratê veguhêz têne veguheztin, wek kefek nîkel, pelika sifir, qumaşê karbonê an kaxez, FTO, polayê zengarnegir û pelika nîkel. Lêbelê, ev nêzîkbûn ne bêsînor e. Zehmet e ku meriv cîhê gihîştî di navbera materyalên çalak ên dagirtî de bi awakî rast were kontrol kirin û, ji ber vê yekê, performansa elektrodê bi zêdebûna stûrahiya fîlimê re ji ber negihîştina substratê ji deverên katalîtîk ên li hundur kêm dibe. Digel vê yekê, tevlihevî û lêçûna bilind a rêbazê pir astengiya pêkanîna wê ya pratîkî dike. Ji ber vê yekê, pêşveçûna teknîkên çêkirina lêçûn-bandor ji boelektrodên sê-alî (3D).ji bo serîlêdanên elektrokîmyayî yên serkeftî pêwîst e.

Pêşkeftina materyalên metalîkî yên sê-alî yên nû yên bi strukturên poroz û qadên rûbera taybetî yên bilind ji ber potansiyela wan a kêmkirina dirêjahiya belavkirina îyonê û zêdekirina guheztina îyonî û elektronîkî bala girîng kişandiye. Ji ber vê yekê, rêwerzek sozdar ji bo sêwirana elektrokatalîzê ev e ku meriv pîvanên avahîsaziyê yên cihêreng berhev bike da ku pêkhateyek nanosazkirî ya hilgirên katalîzatorê biafirîne ku guheztinek bilind, rûbera mezin û aramiya bilind peyda dike.Kefa nîkel(NF), malzemeyek bazirganî ya berdest û erzan, bi berfirehî wekî substrat û hilgirek ji bo materyalên elektrodê hatî bikar anîn ji ber ku strûktûra xweya pora vekirî ya sê-dîmenî, veguheztina elektrîkî ya bilind, û qada rûyê taybetî ya mezin. kanalên di nav NF-an de di heman demê de veguheztina girseyî ya baş û rûbera mezin a her yekîneya herêmê peyda dikin. Cûrbecûr substrat, di nav de kefên metal ên cihêreng, meşk, pel û qumaş jî, wekî berhevkar ji bo sepanên elektrokîmyayî yên wekî bataryayên lîtium-ion, superkapacitor, hucreyên rojê û parçekirina avê hatine keşif kirin. Bi taybetî, NF-yên poroz ji ber lêçûna xwe ya kêm, gihandina elektrîkê, û qada mezin a rûbera elektroaktîf, ku ji bo barkirina katalîzatoran û zêdekirina cîhên çalak ên elektrokîmyayî îdeal e, bal kişandiye. Wekî din, NF-yên poroz di zêdekirina veguheztina girseyî ya elektrolîtan de feydeyên wan hene, ku wan ji bo berhevkarên heyî yên rûbera bilind di sepanên enerjiyê de berendamên maqûl dike. Mezinbûna rasterast a materyalên çalak ên li ser kefiya nîkelê di heman demê de têkiliya katalîzator-substratê ji bo veguheztina elektronê ya bikêr di reaksiyonên şikestina avê de zêde dike. Dema ku elektrodên superkapacitor û baterî ji bo NF-an serîlêdanên sereke dimînin, lêkolînên vê dawîyê destnîşan kirin ku materyalên elektrodê yên ku li ser vê materyalê hatine razandin xwedî çalakiya OER-ê ji fîl û torên Ni-yê çêtir in. Van materyalan an di forma xweya xwezayî de têne sepandin an jî bi materyalên çalak têne xemilandin, û kef dikarin hem wekî berhevker û hem jî wekî substrat piştgirî werin bikar anîn. Bi vî rengî, mezinbûna materyalek katalîtîk a nanosazkirî, dewlemend-erdî li ser binesazên NF-ê ji bo pêşkeftina materyalên elektrodê yên pêşkeftî yên ji bo amûrên hilanînê/veguhertina enerjiyê soz digire. Her çend elektrokatalîzatorên dewlemend ên erdî yên ku rasterast li ser kefiya nîkelê têne mezin kirin bi gelemperî peyda dibin, elektrodên sê-alî yên li ser kefka nîkelê ji bo OER û HER-ê bi berfirehî nehatine lêkolîn kirin, her çend ew strukturên hiyerarşîk ên porez in ku lêçûn kêm in û çêkirina wan hêsan in.