Úsáid ábhar nanastruchtúrtha ar ábhair tríthoiseach cúr nicil mar leictrea-chatalaíoch le haghaidh scoilteadh uisce

Mar gheall ar ídiú breoslaí iontaise agus imní atá ag dul i méid faoi shaincheisteanna fuinnimh agus comhshaoil, rinneadh iarrachtaí fairsinge taighde chun foinsí fuinnimh malartacha a fhorbairt.Leictrealú leictriceimiceachuisce a mheas mar straitéis tuar dóchais inti do tháirgeadh breosla hidrigine. Mar sin féin, éilíonn scoilteadh éifeachtach uisce leictrichatalaíoch éifeachtach agus marthanach ar féidir leo cinéitic an imoibrithe eastósctha ocsaigine (OER) agus imoibriú eastósctha hidrigine (HER) a luathú. Tá catalaíoch uasal ina bhfuil miotail, mar Pt agus a chóimhiotail, RuO2 agus IrO2, ar na catalaíochí is éifeachtaí faoi láthair chun OER agus HER a chatalú. Mar sin féin, chuir ardchostas agus ganntanas miotail uasal bac ar a n-iarratas ar scála mór agus ar fhorbairt teicneolaíochtaí fuinnimh in-athnuaite. Chun na teorainneacha seo a shárú, rinneadh iarrachtaí suntasacha leictrichatalaíoch miotail neamhluachmhara a dhearadh agus a shintéisiú ag baint úsáide as ábhair atá go leor cré mar roghanna eacnamaíocha in áit OER agus OERHER. Rinneadh staidéar forleathan ar ocsaídí miotail trasdula, suilfídeanna, fosfídeanna, ábhair charbóin, seiléinídí, agus coimpléisc measctha-mhiotail agus léirigh siad feidhmíocht gealltanais do OER agus HER. Mar sin féin, éilíonn an chuid is mó de na electrocatalyts ró-acmhainneachtaí níos airde ná catalaíoch uasal miotail-bhunaithe, agus tá sé ríthábhachtach fós a gcobhsaíocht a fheabhsú. Dá bhrí sin, tá gá práinneach le struchtúr leictreoid malartach ar chostas íseal agus éifeachtach a fhorbairt le ardghníomhaíocht agus cobhsaíocht fhadtéarmach le haghaidh scoilteadh éifeachtach uisce.

I réimse na n-iarratas leictriceimiceach, baineadh úsáid as dhá phríomhstraitéis chun leictreoidí a ullmhú. Baineann an chéad teicníc agus is forleithne a úsáidtear le húsáid catalaíoch i bhfoirm púdraithe. Go hiondúil, déantar leictreoidí a thógáil trí úsáid a bhaint as sciodar ábhar leictreaghníomhacha, feabhsaithe seoltachta, agus greamacháin ar fhoshraitheanna seoltacha. Mar sin féin, níl an cur chuige seo gan míbhuntáistí. Is é an príomh-mhíbhuntáiste an gá atá le ceanglóir inslithe leictreach, rud a laghdaíonn an limistéar teagmhála idir an leictrilít agus an catalaíoch. D'fhéadfadh sé seo a bheith ina chúis le blocáil na suíomhanna atá gníomhach go catalaíoch, rud a fhágann go mbeidh ardfhriotaíocht agus laghdú ar fheidhmíocht leictri-chatalaíoch. Ina theannta sin, tá na leictreoidí sách éagobhsaí, toisc go mbíonn an claonadh ag an gcatalaíoch ceangailte scamhadh as an tsubstráit seoltaí ag dlús ard reatha. Is é an dara príomhstraitéis maidir le hullmhú leictreoid ná úsáid a bhaint as ábhair uasal miotail-bhunaithe a dhéantar a leictrealú go díreach ar an tsubstráit seoltaí, mar shampla cúr nicil, scragall copair, éadach carbóin nó páipéar, FTO, cruach dhosmálta agus scragall nicil. Mar sin féin, níl an cur chuige seo gan a teorainneacha. Tá sé deacair an spás inrochtana idir na hábhair ghníomhacha taiscthe a rialú go beacht agus, dá bhrí sin, laghdaítear feidhmíocht an leictreoid le méadú ar thiús an scannáin mar gheall ar neamh-inrochtaineacht an tsubstráit chuig na suíomhanna gníomhacha catalaíoch taobh istigh. Ina theannta sin, cuireann castacht agus ardchostas an mhodha bac go mór ar a chur i bhfeidhm praiticiúil. Dá bhrí sin, forbairt teicnící monaraithe éifeachtach ó thaobh costais le haghaidhleictreoidí tríthoiseach (3D).riachtanach le haghaidh feidhmeanna leictriceimiceacha rathúla.

Tá aird mhór tarraingthe ag forbairt ábhair mhiotalacha tríthoiseach nua le struchtúir phóiriúla agus achair shonracha ard dromchla mar gheall ar a gcumas fad idirleata ian a laghdú agus seoltacht ianach agus leictreonach a mhéadú. Mar sin, is é treo tuar dóchais inti maidir le dearadh electrocatalyst toisí struchtúracha éagsúla a chomhcheangal d'fhonn ilchodach nanostructured d'iompróirí catalaíoch a chruthú a sholáthraíonn seoltacht ard, achar dromchla mór agus ardchobhsaíocht.Cúr nicile(NF), ábhar atá ar fáil ar bhonn tráchtála agus saor, a úsáidtear go forleathan mar fhoshraith agus iompróir d'ábhair leictreoid mar gheall ar a struchtúr pore oscailte tríthoiseach inmhianaithe, seoltacht ard leictreach, agus achar dromchla sonrach mór. Soláthraíonn bealaí laistigh de na NFanna aistriú mais maith agus achar dromchla mór in aghaidh an aonaid. Rinneadh iniúchadh ar fhoshraitheanna éagsúla, lena n-áirítear cúir miotail éagsúla, mogaill, scragaill agus fabraicí, mar bhailitheoirí d'fheidhmeanna leictreamaiceimiceacha mar chadhnraí litiam-ian, supertoilleoirí, cealla gréine agus scoilteadh uisce. Go háirithe, tá aird tarraingthe ag NF scagach mar gheall ar a gcostas íseal, seoltacht leictreach, agus achar dromchla leictreaghníomhach mór, atá iontach chun catalaíoch a luchtú agus láithreáin gníomhacha leictriceimiceacha a mhéadú. Ina theannta sin, tá buntáistí ag NF scagach maidir le feabhas a chur ar iompar mais leictrilítí, rud a fhágann gur iarrthóirí oiriúnacha iad do bhailitheoirí reatha achar dromchla ard in iarratais fuinnimh. Feabhsaíonn fás díreach na n-ábhar gníomhacha ar chúr nicil freisin teagmháil catalaíoch-substráit le haghaidh aistriú leictreon éifeachtach in imoibrithe scoilteadh uisce. Cé gurb iad leictreoidí supercapacitor agus ceallraí na príomh-iarratais ar NFanna, léirigh staidéir le déanaí go bhfuil gníomhaíocht OER níos fearr ag ábhair leictreoid a thaisceadh ar an ábhar seo ná mar a bhíonn scragall agus líonta Ni. Is féidir na hábhair seo a chur i bhfeidhm ina bhfoirm nádúrtha nó maisithe le hábhair ghníomhacha, agus is féidir na cúr a úsáid mar bhailitheoirí agus mar fhoshraitheanna tacaíochta. Mar sin, tá gealltanas ag fás ar ábhar catalaíoch nanastruchtúrtha atá saibhir ó thaobh an domhain ar fhoshraitheanna NF go bhforbrófar ard-ábhair leictreoid do ghléasanna stórála/tiontaithe fuinnimh. Cé go bhfuil electrocatalyts saibhir cré a fhástar go díreach ar chúr nicil ar fáil go coitianta, níor imscrúdaíodh go forleathan leictreoidí tríthoiseach ar chúr nicil le haghaidh OERanna agus HERanna, cé gur struchtúir ordlathacha scagach iad atá ar chostas íseal agus éasca le déanamh.