ការប្រើប្រាស់សម្ភារៈ nanostructured លើវត្ថុធាតុស្នោនីកែលបីវិមាត្រជា electrocatalyst សម្រាប់ការបំបែកទឹក

ការថយចុះនៃឥន្ធនៈហ្វូស៊ីល និងការព្រួយបារម្ភកាន់តែខ្លាំងឡើងអំពីបញ្ហាថាមពល និងបរិស្ថានបាននាំឱ្យមានកិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងស្រាវជ្រាវយ៉ាងទូលំទូលាយដើម្បីបង្កើតប្រភពថាមពលជំនួស។អេឡិចត្រុគីមីទឹកត្រូវបានចាត់ទុកថាជាយុទ្ធសាស្ត្រដ៏ជោគជ័យមួយសម្រាប់ការផលិតឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការបំបែកទឹកប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពតម្រូវឱ្យមានអេឡិចត្រូកាតាលីករដែលមានប្រសិទ្ធភាព និងជាប់លាប់ ដែលអាចបង្កើនល្បឿននៃប្រតិកម្មដកអុកស៊ីហ្សែន (OER) និងប្រតិកម្មដកអ៊ីដ្រូសែន (HER)។ កាតាលីករដែលមានលោហៈ Noble ដូចជា Pt និងយ៉ាន់ស្ព័ររបស់វា RuO2 និង IrO2 បច្ចុប្បន្នគឺជាកាតាលីករដែលមានប្រសិទ្ធភាពបំផុតសម្រាប់កាតាលីករ OER និង HER ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការចំណាយខ្ពស់ និងកង្វះខាតនៃលោហធាតុដ៏ថ្លៃថ្នូបានរារាំងការអនុវត្តទ្រង់ទ្រាយធំរបស់ពួកគេ និងការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកវិទ្យាថាមពលកកើតឡើងវិញ។ ដើម្បីយកឈ្នះលើដែនកំណត់ទាំងនេះ កិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងសន្ធឹកសន្ធាប់ត្រូវបានធ្វើឡើងក្នុងការរចនា និងសំយោគអេឡិចត្រូកាតាលីករលោហៈដែលមិនមានតម្លៃ ដោយប្រើវត្ថុធាតុដែលសម្បូរទៅដោយផែនដី ជាជម្រើសសន្សំសំចៃសម្រាប់ OER និង OERHER ។ ការផ្លាស់ប្តូរលោហធាតុ អុកស៊ីដ ស៊ុលហ្វីត ផូស្វ័រ កាបូន សារធាតុ selenides និងស្មុគស្មាញលោហធាតុចម្រុះត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយ និងបានបង្ហាញពីប្រសិទ្ធភាពល្អសម្រាប់ OER និង HER ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ភាគច្រើននៃអេឡិចត្រូកាតាលីករទាំងនេះ ត្រូវការសក្តានុពលខ្លាំងជាងកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើលោហធាតុដ៏ថ្លៃថ្នូ ហើយការកែលម្អស្ថេរភាពរបស់វានៅតែមានសារៈសំខាន់។ ដូច្នេះមានតម្រូវការបន្ទាន់ក្នុងការអភិវឌ្ឍរចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូតជំនួសដែលមានតម្លៃទាបនិងមានប្រសិទ្ធភាពជាមួយនឹងសកម្មភាពខ្ពស់និងស្ថេរភាពរយៈពេលវែងសម្រាប់ការបំបែកទឹកប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។

នៅក្នុងវិស័យកម្មវិធីអេឡិចត្រូគីមីយុទ្ធសាស្ត្រសំខាន់ពីរត្រូវបានប្រើដើម្បីរៀបចំអេឡិចត្រូត។ បច្ចេកទេសដំបូងនិងត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយបំផុតពាក់ព័ន្ធនឹងការប្រើប្រាស់កាតាលីករក្នុងទម្រង់ម្សៅ។ ជាធម្មតា អេឡិចត្រូតត្រូវបានសាងសង់ដោយប្រើប្រាស់សារធាតុរអិលនៃវត្ថុធាតុអគ្គិសនី ឧបករណ៍បង្កើនចរន្ត និងសារធាតុ adhesion នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម conductive ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយវិធីសាស្រ្តនេះមិនមែនដោយគ្មានគុណវិបត្តិទេ។ គុណវិបត្តិចម្បងគឺតម្រូវការសម្រាប់ binder អ៊ីសូឡង់អគ្គិសនីដែលកាត់បន្ថយតំបន់ទំនាក់ទំនងរវាងអេឡិចត្រូលីតនិងកាតាលីករ។ នេះអាចនាំទៅដល់ការរាំងខ្ទប់កន្លែងសកម្មកាតាលីករ ដែលបណ្តាលឱ្យមានភាពធន់ទ្រាំខ្ពស់ និងកាត់បន្ថយដំណើរការអេឡិចត្រូកាតាលីក។ លើសពីនេះ អេឡិចត្រូតមិនស្ថិតស្ថេរទេ ដោយសារកាតាលីករភ្ជាប់មានទំនោរនឹងរបូតចេញពីស្រទាប់ខាងក្រោមដែលដំណើរការនៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់។ យុទ្ធសាស្ត្រសំខាន់ទីពីរសម្រាប់ការរៀបចំអេឡិចត្រូតគឺការប្រើប្រាស់វត្ថុធាតុដើមដែលមានមូលដ្ឋានលើលោហៈដ៏ថ្លៃថ្នូ ដែលត្រូវបាន electrodeposited ដោយផ្ទាល់ទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម conductive ដូចជា nickel foam, copper foil, carbon cloth or paper, FTO, stainless steel and nickel foil ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយវិធីសាស្រ្តនេះមិនមែនដោយគ្មានដែនកំណត់របស់វាទេ។ វាមានការលំបាកក្នុងការគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់នូវចន្លោះដែលអាចចូលប្រើបានរវាងវត្ថុធាតុសកម្មដែលបានដាក់ទុក ហើយហេតុដូច្នេះហើយ ដំណើរការអេឡិចត្រូតថយចុះជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃកម្រាស់នៃខ្សែភាពយន្ត ដោយសារតែភាពមិនអាចចូលដំណើរការបាននៃស្រទាប់ខាងក្រោមទៅកាន់ទីតាំងសកម្មកាតាលីករនៅខាងក្នុង។ លើសពីនេះ ភាពស្មុគស្មាញ និងការចំណាយខ្ពស់នៃវិធីសាស្ត្រនេះ រារាំងការអនុវត្តជាក់ស្តែងរបស់វា។ ដូច្នេះ​ការ​អភិវឌ្ឍ​បច្ចេក​ទេស​ប្រឌិត​ដែល​មាន​ប្រសិទ្ធ​ភាព​សម្រាប់​ការ​ចំណាយអេឡិចត្រូតបីវិមាត្រ (3D)ចាំបាច់សម្រាប់កម្មវិធីអេឡិចត្រូគីមីជោគជ័យ។

ការអភិវឌ្ឍនៃវត្ថុធាតុលោហធាតុបីវិមាត្រថ្មីជាមួយនឹងរចនាសម្ព័ន្ធ porous និងផ្ទៃជាក់លាក់ខ្ពស់បានទាក់ទាញការយកចិត្តទុកដាក់គួរឱ្យកត់សម្គាល់ដោយសារតែសក្តានុពលរបស់ពួកគេក្នុងការកាត់បន្ថយប្រវែងនៃការសាយភាយអ៊ីយ៉ុងនិងបង្កើនការ conductivity អ៊ីយ៉ុងនិងអេឡិចត្រូ។ ដូច្នេះទិសដៅដ៏ជោគជ័យមួយសម្រាប់ការរចនាអេឡិចត្រូកាតាលីករគឺការបញ្ចូលគ្នានូវវិមាត្ររចនាសម្ព័ន្ធផ្សេងៗគ្នាដើម្បីបង្កើតសមាសធាតុ nanostructured នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនកាតាលីករដែលផ្តល់នូវចរន្តខ្ពស់ ផ្ទៃធំ និងស្ថេរភាពខ្ពស់។ពពុះនីកែល។(NF) ដែលជាសម្ភារៈដែលអាចរកទិញបាន និងមានតម្លៃថោក ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយជាស្រទាប់ខាងក្រោម និងជាឧបករណ៍ផ្ទុកសម្រាប់វត្ថុធាតុអេឡិចត្រូត ដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសបើកចំហបីវិមាត្រដែលគួរឱ្យចង់បាន ចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ និងផ្ទៃជាក់លាក់ធំ។ មីក្រូផូរ និងលំហូរចេញចូល។ បណ្តាញនៅក្នុង NFs ក៏ផ្តល់នូវការផ្ទេរម៉ាស់ដ៏ល្អ និងផ្ទៃធំក្នុងមួយឯកតា។ ស្រទាប់ខាងក្រោមផ្សេងៗ រួមទាំងសារធាតុដែក សំណាញ់ ក្រដាស់ និងក្រណាត់ផ្សេងៗ ត្រូវបានគេរកឃើញថាជាអ្នកប្រមូលសម្រាប់ការប្រើប្រាស់សារធាតុគីមី ដូចជាអាគុយលីចូម-អ៊ីយ៉ុង សារធាតុ supercapacitor កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ និងការបំបែកទឹក។ ជាពិសេស NFs porous បានទាក់ទាញការយកចិត្តទុកដាក់ដោយសារតែការចំណាយទាបរបស់ពួកគេ ចរន្តអគ្គិសនី និងផ្ទៃអេឡិចត្រុងដ៏ធំ ដែលល្អសម្រាប់ផ្ទុកកាតាលីករ និងការបង្កើនទីតាំងសកម្មអេឡិចត្រូគីមី។ លើសពីនេះទៀត NFs porous មានគុណសម្បត្តិក្នុងការបង្កើនការដឹកជញ្ជូនដ៏ធំនៃអេឡិចត្រូលីតដែលធ្វើឱ្យពួកគេក្លាយជាបេក្ខជនដែលសមរម្យសម្រាប់អ្នកប្រមូលបច្ចុប្បន្នផ្ទៃខ្ពស់នៅក្នុងកម្មវិធីថាមពល។ ការលូតលាស់ដោយផ្ទាល់នៃវត្ថុធាតុសកម្មនៅលើពពុះនីកែលក៏ជួយបង្កើនទំនាក់ទំនងកាតាលីករ-ស្រទាប់ខាងក្រោមសម្រាប់ការផ្ទេរអេឡិចត្រុងប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពក្នុងប្រតិកម្មបំបែកទឹក។ ខណៈពេលដែលអេឡិចត្រូត supercapacitor និងថ្មនៅតែជាកម្មវិធីសំខាន់សម្រាប់ NFs ការសិក្សាថ្មីៗបានបង្ហាញថាវត្ថុធាតុអេឡិចត្រូតដែលដាក់នៅលើសម្ភារៈនេះមានសកម្មភាព OER ល្អជាង Ni foils និងសំណាញ់។ សមា្ភារៈទាំងនេះអាចត្រូវបានអនុវត្តទាំងនៅក្នុងទម្រង់ធម្មជាតិរបស់ពួកគេឬតុបតែងជាមួយវត្ថុធាតុសកម្មហើយ Foam អាចត្រូវបានប្រើទាំងជាអ្នកប្រមូលនិងស្រទាប់ខាងក្រោមគាំទ្រ។ ដូច្នេះ ការរីកលូតលាស់នៃវត្ថុធាតុកាតាលីករដែលសំបូរទៅដោយផែនដីដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធ nanostructured នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម NF មានការសន្យាសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍសម្ភារៈអេឡិចត្រូតកម្រិតខ្ពស់សម្រាប់ឧបករណ៍ផ្ទុក/បំប្លែងថាមពល។ ទោះបីជាអេឡិចត្រូតដែលសម្បូរទៅដោយផែនដីដែលដាំដុះដោយផ្ទាល់នៅលើពពុះនីកែលគឺអាចរកបានជាទូទៅក៏ដោយ អេឡិចត្រូតបីវិមាត្រនៅលើពពុះនីកែលសម្រាប់ OERs និង HERs មិនត្រូវបានគេស៊ើបអង្កេតឱ្យបានទូលំទូលាយទេ ទោះបីជាពួកវាជារចនាសម្ព័ន្ធតាមលំដាប់លំដោយដែលមានតម្លៃទាប និងងាយស្រួលក្នុងការប្រឌិតក៏ដោយ។