Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን።የተወሰነ የሲኤስኤስ ድጋፍ ያለው የአሳሽ ስሪት እየተጠቀሙ ነው።ለበለጠ ልምድ፣ የዘመነ አሳሽ እንድትጠቀም እንመክርሃለን (ወይም የተኳኋኝነት ሁነታን በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር አሰናክል)።በተጨማሪም, ቀጣይ ድጋፍን ለማረጋገጥ, ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናሳያለን.
በእያንዳንዱ ስላይድ ሶስት መጣጥፎችን የሚያሳዩ ተንሸራታቾች።በተንሸራታቾች ውስጥ ለመንቀሳቀስ የኋላ እና ቀጣይ ቁልፎችን ይጠቀሙ ፣ ወይም በእያንዳንዱ ስላይድ ውስጥ ለመንቀሳቀስ በመጨረሻው ላይ ያሉትን የስላይድ መቆጣጠሪያ ቁልፎችን ይጠቀሙ።
ውጤታማ, ርካሽ እና የሚበረክት የኦክስጅን ቅነሳ ምላሽ (ORR) electrocatalysts ሁለተኛ Zn-አየር ባትሪዎች ትልቅ ጠቀሜታ ናቸው.የነጠላ እና የተቀላቀሉ የብረት ኦክሳይድ እና የካርቦን ኤሌክትሮክካታሊስቶች የኦአርአር እንቅስቃሴ የሚሽከረከር የዲስክ ኤሌክትሮድ (RDE) መለኪያዎችን፣ የታፌል ስሎፕስ እና የኩቴትስኪ-ሌቪች ፕላኖችን በመጠቀም ተመርምሯል።የ MnOx እና XC-72R ጥምረት ከፍተኛ የ PBP እንቅስቃሴን እና ጥሩ መረጋጋትን እስከ 100 mA ሴ.ሜ-2 እንደሚያሳዩ ተገኝቷል.የተመረጡት የ ORR ኤሌክትሮዶች አፈፃፀም እና ቀደም ሲል የተመቻቸ የኦክስጂን ኢቮሉሽን ምላሽ (OER) ኤሌክትሮድ በብጁ በተሰራ ሁለተኛ የዚንክ-አየር ባትሪ በሶስት-ኤሌክትሮድ ውቅር ውስጥ ተፈትኗል ፣ እና የአሁኑ ጥንካሬ ፣ ኤሌክትሮላይት ሞላር ፣ የሙቀት መጠን ፣ የኦክስጂን ንፅህና እንዲሁም ተፈትኗል።የORR እና OER ባህሪያትኤሌክትሮዶች.በመጨረሻም የሁለተኛ ደረጃ የዚንክ-አየር ስርዓት ዘላቂነት ተገምግሟል, ይህም ከ 58-61% በ 20 mA ሴ.ሜ -2 በ 4 M NaOH + 0.3 M ZnO በ 333 K ለ 40 ሰአታት የኃይል ቆጣቢነት ያሳያል.
የብረት-አየር ባትሪዎች ከኦክስጂን ኤሌክትሮዶች ጋር እጅግ በጣም ማራኪ ስርዓቶች ተደርገው ይወሰዳሉ ምክንያቱም ለኦክስጅን ኤሌክትሮዶች ኤሌክትሮአክቲቭ ቁሶች ከከባቢ አየር በቀላሉ ሊገኙ ስለሚችሉ እና ማከማቻ አያስፈልጋቸውም.ይህ የኦክስጂን ኤሌክትሮጁን ያልተገደበ አቅም እንዲኖረው በመፍቀድ የስርዓቱን ንድፍ ቀላል ያደርገዋል, በዚህም የስርዓቱን የኃይል መጠን ይጨምራል.ስለዚህ, እንደ ሊቲየም, አልሙኒየም, ብረት, ዚንክ እና ማግኒዚየም የመሳሰሉ የአኖድ ቁሳቁሶችን በመጠቀም የብረት-አየር ባትሪዎች በጣም ጥሩ በሆነ ልዩ አቅም ምክንያት ብቅ ብለዋል.ከእነዚህም መካከል የዚንክ አየር ባትሪዎች ለዋጋ፣ ለደህንነት እና ለአካባቢ ወዳጃዊነት የገበያ ፍላጎትን ማሟላት የሚችሉ ናቸው፣ ምክንያቱም ዚንክ እንደ አኖድ ቁሳቁስ ብዙ ተፈላጊ ባህሪዎች አሉት ፣ ለምሳሌ በውሃ ኤሌክትሮላይቶች ውስጥ ጥሩ መረጋጋት ፣ ከፍተኛ የኃይል ጥንካሬ እና ዝቅተኛ ሚዛን።እምቅ.፣ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ተገላቢጦሽ፣ ጥሩ የኤሌትሪክ ንክኪነት፣ የተትረፈረፈ እና ቀላል አያያዝ4,5.በአሁኑ ጊዜ ምንም እንኳን የመጀመሪያ ደረጃ የዚንክ አየር ባትሪዎች እንደ የመስሚያ መርጃ መሳሪያዎች ፣ የባቡር ምልክቶች እና የመርከብ መብራቶች ባሉ የንግድ መተግበሪያዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ቢውሉም ፣ ሁለተኛ የዚንክ አየር ባትሪዎች ከሊቲየም-ተኮር ባትሪዎች ጋር ሊወዳደር የሚችል ከፍተኛ የኃይል ጥንካሬ አላቸው።ይህ በተንቀሳቃሽ ኤሌክትሮኒክስ ፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች ፣ በፍርግርግ መጠን የኃይል ማከማቻ እና የታዳሽ ኃይል ምርትን ለመደገፍ በዚንክ አየር ባትሪዎች ላይ ምርምር መቀጠል ጠቃሚ ያደርገዋል።
ከዋና ዋና ዓላማዎች አንዱ የሁለተኛ ደረጃ የዜን-አየር ባትሪዎችን የንግድ ልውውጥ ለማስተዋወቅ በአየር ኤሌክትሮድ ውስጥ የኦክስጂን ምላሾችን ማለትም የኦክስጂን ቅነሳ ምላሽ (ኦአርአር) እና የኦክስጅን ኢቮሉሽን ምላሽ (OER) ማሻሻል ነው።ለዚህም, ቀልጣፋ ኤሌክትሮክካታሊስቶች የአፀፋውን ፍጥነት ለመጨመር እና በዚህም ውጤታማነትን ለመጨመር ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ.በአሁኑ ጊዜ የኦክስጂን ኤሌክትሮዶች ከ bifunctional catalysts ጋር በሥነ-ጽሑፍ 8,9,10 ውስጥ በደንብ ተገልጸዋል.ምንም እንኳን የሁለትዮሽ ማነቃቂያዎች የኤሌክትሮዶችን መዋቅር ቀላል ያደርጉ እና የጅምላ ዝውውር ኪሳራዎችን ይቀንሳሉ ፣ ይህም የምርት ወጪን ለመቀነስ ይረዳል ፣ በተግባር ግን ለኦአርአር በጣም ተስማሚ የሆኑት ማነቃቂያዎች ብዙውን ጊዜ ለ OER ተስማሚ አይደሉም ፣ እና በተቃራኒው11።ይህ የክወና አቅም ልዩነት ማነቃቂያው ለተለያዩ የአቅም ዓይነቶች እንዲጋለጥ ያደርገዋል፣ ይህም በጊዜ ሂደት የገጽታ አወቃቀሩን ሊለውጥ ይችላል።በተጨማሪም የመካከለኛ ትስስር ኃይሎች እርስ በርስ መደጋገፍ ማለት በማነቃቂያው ላይ ያሉ ንቁ ቦታዎች ለእያንዳንዱ ምላሽ የተለያዩ ሊሆኑ ይችላሉ, ይህም ማመቻቸትን ሊያወሳስብ ይችላል.
ለሁለተኛ ደረጃ የ Zn-air ባትሪዎች ሌላው ዋነኛ ችግር የኦክስጅን ንድፍ ነውኤሌክትሮድበዋነኛነት የ ORR እና OER ሞኖኦፕሬሽናል ማነቃቂያዎች በተለያዩ የምላሽ ሚዲያዎች ስለሚሰሩ ነው።የኦክስጂን ጋዝ ወደ ካታሊቲክ ቦታዎች እንዲገባ ለማድረግ የኦአርአር ጋዝ ስርጭት ንብርብር ሃይድሮፎቢክ መሆን አለበት ፣ ለ OER የኤሌክትሮል ንጣፍ የኦክስጂን አረፋዎችን ለማስወገድ ለማመቻቸት ሃይድሮፊል መሆን አለበት።በለስ ላይ.1 በ Jorissen12 ግምገማ የተወሰዱ ሶስት የተለመዱ የሁለተኛ ደረጃ የኦክስጂን ኤሌክትሮዶች ንድፎችን ያሳያል፣ እነሱም (i) ባለ ሁለትዮሽ ሞኖላይየር ማነቃቂያዎች፣ (ii) ድርብ ወይም ባለብዙ ሽፋን ማነቃቂያዎች እና (iii) ባለ ሶስት ኤሌክትሮዶች ውቅሮች።
ለመጀመሪያው የኤሌክትሮል ዲዛይን፣ ORR እና OERን በአንድ ጊዜ የሚያንቀሳቅሰውን ባለ አንድ ንብርብር bifunctional catalyst ብቻ ያካትታል፣ በዚህ ንድፍ ውስጥ ሽፋን ከተካተተ፣ እንደሚታየው የሜምበር-ኤሌክትሮድ ስብሰባ (MEA) ይመሰረታል።ሁለተኛው ዓይነት ምላሽ ዞኖች 13,14,15 መካከል ያለውን ልዩነት መለያ ላይ የተለያዩ porosity እና hydrophobicity ጋር ሁለት (ወይም ከዚያ በላይ) ቀስቃሽ አልጋዎች ያካትታል.በአንዳንድ ሁኔታዎች, ሁለቱ ካታሊቲክ አልጋዎች ተለያይተዋል, የ OER hydrophilic ጎን ወደ ኤሌክትሮላይት እና ከፊል-ሃይድሮፎቢክ ጎን ORR የኤሌክትሮዶች ክፍት ጫፎች 16, 17, 18. ሁለት ምላሽን ያካተተ ሕዋስ - የተወሰኑ የኦክስጂን ኤሌክትሮዶች እና የዚንክ ኤሌክትሮዶች19,20.ሠንጠረዥ S1 የእያንዳንዱን ንድፍ ጥቅሞች እና ጉዳቶች ይዘረዝራል.
የ ORR እና OER ምላሾችን የሚለይ የኤሌክትሮድ ዲዛይን መተግበሩ ከዚህ ቀደም የተሻሻለ የብስክሌት መረጋጋት19 አሳይቷል።ይህ በተለይ ለሶስቱ ኤሌክትሮዶች ውቅር እውነት ነው፣ ያልተረጋጉ ማነቃቂያዎች እና ተጓዳኝ ተጨማሪዎች መበላሸት ሲቀንስ እና ጋዝ ማውጣት በጠቅላላው አቅም ላይ የበለጠ ቁጥጥር የሚደረግበት ነው።በነዚህ ምክንያቶች, በዚህ ሥራ ውስጥ ባለ ሶስት ኤሌክትሮድ የዜን-አየር ውቅረትን ተጠቀምን.
በዚህ ጽሑፍ ውስጥ በመጀመሪያ የተለያዩ የሽግግር ብረት ኦክሳይዶችን, የካርቦን ቁሳቁሶችን እና የማጣቀሻ ማነቃቂያዎችን ከ rotating disk electrode (RDE) ሙከራዎች ጋር በማነፃፀር ከፍተኛ አፈፃፀም የ ORR ማነቃቂያዎችን እንመርጣለን.የሽግግር ብረት ኦክሳይዶች በተለያየ የኦክሳይድ ሁኔታ ምክንያት ጥሩ ኤሌክትሮክካታሊስቶች ይሆናሉ;እነዚህ ውህዶች በሚኖሩበት ጊዜ ምላሾች በቀላሉ ይለጠፋሉ21.ለምሳሌ፣ ማንጋኒዝ ኦክሳይድ፣ ኮባልት ኦክሳይዶች እና ኮባልት ላይ የተመሰረቱ ድብልቅ ኦክሳይዶች (እንደ NiCo2O4 እና MnCo2O4) 22,23,24 ጥሩ ORR በአልካላይን ሁኔታዎች ውስጥ በግማሽ የተሞላ d-orbitals፣ ኤሌክትሮን ለኤሌክትሮን የሚፈቅደውን የኢነርጂ መጠን ያሳያሉ። ሥራ እና የተሻሻለ የመቁረጥ ምቾት.በተጨማሪም, በአከባቢው ውስጥ የበለፀጉ እና ተቀባይነት ያለው የኤሌክትሪክ ምቹነት, ከፍተኛ ምላሽ እና ጥሩ መረጋጋት አላቸው.በተመሳሳይም የካርቦን ቁሳቁሶች በሰፊው ጥቅም ላይ ይውላሉ, ከፍተኛ የኤሌክትሪክ ምቹነት እና ትልቅ ስፋት ያለው ጠቀሜታዎች አሉት.በአንዳንድ ሁኔታዎች እንደ ናይትሮጅን፣ ቦሮን፣ ፎስፈረስ እና ሰልፈር ያሉ ሄትሮአተሞች አወቃቀሩን ለማሻሻል ወደ ካርቦን ገብተዋል፣ ይህም የእነዚህን ቁሳቁሶች የ ORR ባህሪያት የበለጠ ያሻሽላል።
በሙከራ ውጤቶቹ ላይ በመመርኮዝ የተመረጡትን የኦቪአር ማነቃቂያዎችን በጋዝ ስርጭት ኤሌክትሮዶች (ጂዲኢ) ውስጥ አካትተናል እና በተለያዩ ወቅታዊ እፍጋቶች ሞከርናቸው።በጣም ቀልጣፋው ORR GDE ካታሊስት ወደ ብጁ ባለሶስት-ኤሌክትሮድ ሁለተኛ ደረጃ የዜን-አየር ባትሪ እና ምላሽ-ተኮር OER ኤሌክትሮዶች በቀደመው ስራችን ውስጥ ተሰብስቦ ነበር26,27።እንደ የአሁኑ ጥግግት፣ ኤሌክትሮላይት ሞላሪቲ፣ የሕዋስ የሙቀት መጠን እና የኦክስጂን ንጽህና ያሉ የአሠራር ሁኔታዎችን ተፅእኖ ለማጥናት በተከታታይ በሚለቀቁበት ጊዜ እና በብስክሌት ብስክሌት ሙከራዎች ውስጥ የግለሰብ ኦክሲጅን ኤሌክትሮዶች እምቅ ችሎታዎች ቁጥጥር ይደረግባቸዋል።በመጨረሻም ፣ የ Zn-air ሁለተኛ ደረጃ ባትሪዎች መረጋጋት በተመቻቸ የስራ ሁኔታዎች ውስጥ በተከታታይ ብስክሌት መንዳት ተገምግሟል።
MnOx28 የተዘጋጀው በኬሚካላዊ ሪዶክስ ዘዴ ነው፡ 50 ml 0.04 M KMnO4 solution (Fisher Scientific, 99%) በ 100 ml 0.03 Mn (CH3COO)2 (Fisher Scientific, 98%) ቡናማ ዝናብ ለመፍጠር ተጨምሯል።ድብልቁ ወደ ፒኤች 12 በዲዊት ሶዲየም ሃይድሮክሳይድ ተስተካክሏል, ከዚያም በ 2500 ሩብ ደቂቃ 3-5 ጊዜ ሴንትሪፉድ ክሬኑን ለመሰብሰብ.የ permanganate ion ወይንጠጃማ ቀለም እስኪጠፋ ድረስ ዝናቡ በተቀላቀለ ውሃ ታጥቧል።በመጨረሻም, ተቀማጭዎቹ በአንድ ሌሊት በ 333 ኪ.ሜ ላይ በአየር ደርቀው ከዚያም ተፈጭተዋል.
ስፒንል ኦክሳይዶች Co3O4፣ NiCo2O4 እና MnCo2O4 የተዋሃዱት በሙቀት መበስበስ ነው።NiCo2O4 እና MnCo2O4 0.5 M (14.5 g) ኒኬል (II) ናይትሬት ሄክሳራይትሬት፣ ኒ(NO3)2⋅6H2O (Fisher Scientific፣ 99.9%) ወይም 0.5 M (12.6 g) tetrahydrate ማንጋኒዝ (II) NO3 nitrate ሚን በመጨመር ተዘጋጅተዋል። ).)2 4H2O (ሲግማ አልድሪች፣ ≥ 97%) እና 1 ኤም (29.1 ግ) ኮባልት (II) ናይትሬት ሄክሳራይትሬት፣ ኮ(NO3)2 6H2O (ፊሸር ሳይንቲፊክ፣ 98+%፣ ACS reagents) በሜታኖል (ፊሸር ሳይንቲፊክ፣ 99.9%) ) በ 100 ሚሊ ሊትር ማቅለጫ ጠርሙሶች.ተመሳሳይነት ያለው መፍትሄ እስኪገኝ ድረስ ሜታኖል በትንሽ ክፍል ውስጥ ወደ ሽግግር ብረት ናይትሬት ያለማቋረጥ በማነሳሳት ይጨመራል.ከዚያም መፍትሄው ወደ ማሰሮው ተላልፏል እና በጋለ ምድጃ ላይ በማሞቅ ጥቁር ቀይ ጠጣር ይቀራል.ጠጣሩ በ 648 ኪ.ሜ ለ 20 ሰዓታት በአየር ውስጥ ተቀርጿል.የተገኘው ጠጣር ከዚያም በጥሩ ዱቄት ላይ ተፈጭቷል.በCo3O4 ውህደት ወቅት ምንም ኒ(NO3)2 6H2O ወይም Mn(NO3)2 4H2O አልተጨመረም።
የግራፊን ናኖ ሉሆች 300 ሜ 2/ግ (ሲግማ አልድሪች) ፣ graphene በናይትሮጅን (ሲግማ አልድሪች) ፣ የካርቦን ጥቁር ዱቄት (Vulcan XC-72R ፣ Cabot Corp. ፣ 100%) ፣ MnO2 (ሲግማ አልድሪች) እና 5 wt.% Pt/C (አክሮስ ኦርጋኒክ) ጥቅም ላይ ውሏል።
የ RDE (Pine Research Instrumentation) መለኪያዎች በ 1 M NaOH ውስጥ የተለያዩ የ ORR አመላካቾችን እንቅስቃሴ ለመገምገም ጥቅም ላይ ውለዋል.1 mg catalyst + 1 ml deionized (DI) H2O + 0.5 ml isopropanol (IPA) + 5 μl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) የያዘ የካታሊቲክ ቀለም ጥቅም ላይ ውሏል።ቩልካን XC-72R ሲጨመር የካታሊቲክ ቀለም 0.5 mg catalyst + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 ml DI HO + 0.5 ml አይፒኤ + 5 µl 5 wt% Nafion 117 ወጥነት ያለው የቁሳቁስ ጭነት መኖሩን ያረጋግጣል።ድብልቁ ለ 20 ደቂቃዎች sonicated እና ኮል-ፓርመር LabGen 7 Series homogenizer በ 28,000 በደቂቃ ለ 4 ደቂቃዎች በመጠቀም homogenized ነበር.ከዚያም ቀለሙ በ 4 ሚሊ ሜትር (የሥራ ቦታ ≈ 0.126 ሴ.ሜ 2) ባለው የብርጭቆ ካርቦን ኤሌክትሮድ (ፓይን ኢንስትሩመንት ኩባንያ) ላይ በሦስት እርከኖች ውስጥ በ 8 μl ውስጥ ተተግብሯል እና በንብርብሮች መካከል ደርቋል እና የ ≈120 μg ሴ.ሜ ጭነት ይሰጣል ። -2.በመተግበሪያዎች መካከል የብርጭቆው የካርቦን ኤሌክትሮድ ወለል በተከታታይ እርጥብ የተወለወለ በማይክሮክሎዝ (ቡህለር) እና 1.0 ሚሜ እና 0.5 ሚሜ የአሉሚኒየም ዱቄት (ማይክሮ ፖሊሽ፣ ቡህለር) በዲዮኒዝድ H2O ውስጥ ሶኒኬሽን ይከተላል።
የ ORR ጋዝ ስርጭት ኤሌክትሮዶች ናሙናዎች ቀደም ሲል በተገለጸው ፕሮቶኮል28 መሰረት ተዘጋጅተዋል።በመጀመሪያ, የ catalyst powder እና Vulcan XC-72R በ 1: 1 ክብደት ጥምርታ ውስጥ ተቀላቅለዋል.ከዚያም የ polytetrafluoroethylene (PTFE) መፍትሄ (60 wt.% በ H2O) እና በ IPA / H2O 1: 1 ጥምርታ ያለው ፈሳሽ ወደ ደረቅ ዱቄት ድብልቅ ተጨምሯል.የ Catalytic ቀለምን ለ 20 ደቂቃ ያህል Sonicate እና ለ 4 ደቂቃ ያህል በ 28,000 rpm ላይ ተመሳሳይነት ያድርጉ.ከዚያም ቀለሙ በቀጭኑ በስፓታላ በ13 ሚሜ ዲያሜትር (AvCarb GDS 1120) ቀድሞ በተቆረጠ የካርቦን ወረቀት ላይ ተተግብሯል እና የ2 mg cm2 ቀስቃሽ ይዘት እስኪደርስ ድረስ ደርቋል።
OER ኤሌክትሮዶች በኒ - ፌ ሃይድሮክሳይድ ማነቃቂያዎች በ15 ሚሜ x 15 ሚሜ አይዝጌ ብረት ላይ በካቶዲክ ኤሌክትሮዳይፖዚሽን ተሠርተዋልጥልፍልፍ(DeXmet Corp, 4SS 5-050) እንደዘገበው 26,27.ኤሌክትሮዴፖዚሽን በመደበኛ ሶስት ኤሌክትሮድ ግማሽ ሴል (በ 20 ሴ.ሜ 3 የሆነ ፖሊመር-የተሸፈነ የመስታወት ሴል) በ Pt ፍርግርግ እንደ ቆጣሪ ኤሌክትሮድ እና ኤችጂ / ኤችጂኦ በ 1 M NaOH ውስጥ እንደ ማጣቀሻ ኤሌክትሮድ.በግምት 0.8 ሴሜ 2 የሆነ ቦታን በ10 ሚሜ ውፍረት ባለው የካርቦን ብረት ቡጢ ከመቁረጥዎ በፊት ማበረታቻው የተሸፈነው አይዝጌ ብረት መረብ እንዲደርቅ ይፍቀዱለት።
ለማነጻጸር፣ የንግድ ORR እና OER ኤሌክትሮዶች እንደተቀበሉት እና በተመሳሳይ ሁኔታዎች እንደተሞከሩት ጥቅም ላይ ውለዋል።የንግድ ORR ኤሌክትሮድ (QSI Nano Gas Diffusion Electrode, Quantum Sphere, 0.35 ሚሜ ውፍረት) የማንጋኒዝ እና የካርቦን ኦክሳይድን በኒኬል ሜሽ የአሁኑ ሰብሳቢ የተሸፈነ ሲሆን, የንግድ OER ኤሌክትሮ (አይነት 1.7, ልዩ ማግኔቶ አኖድ, BV) ውፍረት 1.3 ነው. ሚ.ሜ.እስከ 1.6 ሚሊ ሜትር የተዘረጋ የቲታኒየም ሜሽ በ Ru-Ir የተደባለቀ ብረት ኦክሳይድ የተሸፈነ.
የገጸ-ገጽታ ሞርፎሎጂ እና የአነቃቂዎቹ ስብጥር በ FEI Quanta 650 FEG ቅኝት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ (ሴም) በከፍተኛ ቫክዩም ውስጥ የሚሰራ እና የ5 ኪሎ ቮልት ፍጥነት ያለው ቮልቴጅ በመጠቀም ተለይቷል።የዱቄት ኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) መረጃ በ Bruker D8 Advance X-ray diffractometer ላይ ከመዳብ ቱቦ ምንጭ (λ = 1.5418 Å) ጋር ተሰብስቦ በ Bruker Diffraction Suite EVA ሶፍትዌር ተተነተነ።
ሁሉም የኤሌክትሮኬሚካላዊ መለኪያዎች የተከናወኑት ባዮሎጂካል SP-150 ፖታቲዮስታት እና EC-lab ሶፍትዌርን በመጠቀም ነው።የ RDE እና GDE ናሙናዎች በ 200 ሴ.ሜ 3 ጃኬት ያለው የመስታወት ሴል እና የ Laggin capillary እንደ ማጣቀሻ ኤሌክትሮድ ባካተተ መደበኛ ባለ ሶስት ኤሌክትሮዶች ቅንብር ላይ ተፈትነዋል።Pt mesh እና Hg/HgO በ 1 M NaOH እንደ ቅደም ተከተላቸው ቆጣሪ እና ማጣቀሻ ኤሌክትሮዶች ጥቅም ላይ ውለዋል።
በእያንዳንዱ ሙከራ ውስጥ ለ RDE መለኪያዎች, ትኩስ 1 M NaOH ኤሌክትሮላይት ጥቅም ላይ ይውላል, የሙቀት መጠኑ በ 298 ኪ.ጋዝ ኦክሲጅን (BOC) ከእያንዳንዱ ሙከራ በፊት ቢያንስ ለ30 ደቂቃ ከ25–50 µm የሆነ የብርጭቆ ጥብስ በመስታወት ወደ ኤሌክትሮላይት እየፈነዳ ነበር።የ ORR ፖላራይዜሽን ኩርባዎችን ለማግኘት አቅሙ ከ 0.1 እስከ -0.5 ቮ (ከኤችጂ/ኤችጂኦ አንጻር) በ 5 mV s -1 በ 400 rpm ቅኝት ታይቷል።ሳይክሊክ ቮልታሞግራም የተገኘው በ 0 እና -1.0 V እና Hg/HgO መካከል ያለውን እምቅ አቅም በ 50 mV s-1 በመጥረግ ነው።
ለኤችዲኢ መለኪያዎች የ 1 M NaOH ኤሌክትሮላይት በ 333 ኪ.ሜ በተዘዋዋሪ የውሃ መታጠቢያ ተጠብቆ ቆይቷል።የ 0.8 ሴሜ 2 የሆነ ንቁ ቦታ ለኤሌክትሮላይት በ 200 ሴ.ሜ 3 / ደቂቃ ፍጥነት ባለው የኋለኛ ክፍል የኦክስጂን አቅርቦት ለኤሌክትሮላይት ተጋልጧል.በሚሠራው ኤሌክትሮድ እና በማጣቀሻው ኤሌክትሮል መካከል ያለው ቋሚ ርቀት 10 ሚሜ ነው, እና በሚሠራው ኤሌክትሮድ እና በቆጣሪው ኤሌክትሮል መካከል ያለው ርቀት ከ13-15 ሚሜ ነው.የኒኬል ሽቦ እና ሜሽ በጋዝ በኩል የኤሌክትሪክ ግንኙነትን ይሰጣሉ.የኤሌክትሮጁን መረጋጋት እና ውጤታማነት ለመገምገም የ Chronopotentiometric መለኪያዎች በ 10, 20, 50 እና 100 mA cm-2 ተወስደዋል.
የ ORR እና OER ኤሌክትሮዶች ባህሪያት በ PTFE29 ማስገቢያ በ 200 ሴ.ሜ 3 ጃኬት ባለው የመስታወት ሴል ውስጥ ተገምግመዋል።የስርዓቱ ንድፍ ንድፍ በስእል S1 ውስጥ ይታያል.በባትሪው ውስጥ ያሉት ኤሌክትሮዶች በሶስት ኤሌክትሮዶች ስርዓት ውስጥ ተያይዘዋል.የሚሠራው ኤሌክትሮድ የተለየ ምላሽ-ተኮር ORR እና OER ኤሌክትሮዶችን ከሪሌይ ሞጁል (Songle፣ SRD-05VDC-SL-C) እና ማይክሮ መቆጣጠሪያ (Raspberry Pi 2014© ሞዴል B+V1.2) ከዚንክ አኖድ ጋር የተገናኘ ነው።እንደ ጥንድ ኤሌክትሮዶች እና የማጣቀሻ ኤሌክትሮዶች ኤችጂ / ኤችጂኦ በ 4 M NaOH ከዚንክ አኖድ በ 3 ሚሜ ርቀት ላይ ነበሩ.Raspberry Pi እና Relay Moduleን ለመቆጣጠር እና ለመቆጣጠር የ Python ስክሪፕት ተጽፏል።
ሴሉ የዚንክ ፎይል አኖድ (Goodfellow፣ 1 ሚሜ ውፍረት፣ 99.95%) ለማስተናገድ ተስተካክሏል እና የፖሊሜር ሽፋን ኤሌክትሮዶችን በግምት 10 ሜትር ርቀት ላይ እንዲቀመጡ አስችሏቸዋል።4 ሚሜ ልዩነት.የኒትሪል ጎማ መሰኪያዎች ኤሌክትሮዶችን በክዳኑ ውስጥ አስተካክለዋል, እና የኒኬል ሽቦዎች (Alfa Aesar, 0.5 mm diameter, annealed, 99.5% Ni) ለኤሌክትሮዶች የኤሌክትሪክ መገናኛዎች ጥቅም ላይ ውለዋል.የዚንክ ፎይል አኖድ በመጀመሪያ በአይሶፕሮፓኖል እና ከዚያም በዲዮኒዝድ ውሃ ተጠርጓል ፣ እና የፎይልው ገጽ በ polypropylene ቴፕ (Avon ፣ AVN9811060K ፣ 25 µm ውፍረት) ተሸፍኗል በግምት 0.8 ሴ.ሜ.
ሁሉም የብስክሌት ሙከራዎች በ 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ኤሌክትሮላይት በ 333 ኪ.በሥዕሉ ላይ ኢዌ ከኤችጂ/ኤችጂኦ አንፃር የኦክስጂን ኤሌክትሮድ (ኦአርአር እና ኦኤአር) አቅምን ያሳያል። የሕዋስ አቅም ወይም እምቅ ልዩነት.በሁለት የባትሪ አቅም መካከል.ኦክስጅን ወይም የተጨመቀ አየር በ 200 ሴ.ሜ 3 / ደቂቃ በቋሚ ፍሰት ፍጥነት ለ OPP ኤሌክትሮድ የኋላ ጎን ተሰጥቷል.የኤሌክትሮዶች የብስክሌት መረጋጋት እና አፈፃፀም አሁን ባለው ጥግግት 20 mA ሴ.ሜ-2 ፣ የዑደት ጊዜ 30 ደቂቃ እና በእያንዳንዱ ግማሽ ዑደት መካከል ያለው የ OCV የ1 ደቂቃ የእረፍት ጊዜ ተጠንቷል።ለእያንዳንዱ ፈተና ቢያንስ 10 ዑደቶች ተካሂደዋል, እና መረጃዎች በጊዜ ሂደት የኤሌክትሮዶችን ሁኔታ ለመወሰን ከዑደቶች 1, 5 እና 10 ተወስደዋል.
የ ORR ካታሊስት ሞርፎሎጂ በ SEM (ምስል 2) ተለይቷል, እና የዱቄት ኤክስ ሬይ ልዩነት መለኪያዎች የናሙናዎቹ ክሪስታል መዋቅር አረጋግጠዋል (ምስል 3).የካታላይት ናሙናዎች መዋቅራዊ መለኪያዎች በሰንጠረዥ 1 ውስጥ ተሰጥተዋል. 1. ማንጋኒዝ ኦክሳይድን ሲያወዳድሩ, የንግድ MnO2 በ fig.2a ትላልቅ ቅንጣቶችን ያቀፈ ነው, እና በስእል 3a ውስጥ ያለው የዲፍራክሽን ንድፍ ከ JCPDS 24-0735 ለ tetragonal β-MnO2 ጋር ይዛመዳል.በተቃራኒው፣ በስእል 2b ላይ ባለው MnOx ወለል ላይ ጥቃቅን እና ጥቃቅን ቅንጣቶችን ያሳያል, ይህም በስእል 66 ውስጥ ካለው የዲፍራክሽን ንድፍ ጋር ይዛመዳል (110), (220), (310), (211), እና (541) የ tetrahedrally ማዕከል α-MnO2 hydrate, JCPDS 44-014028.
(ሀ) MnO2፣ (ለ) ኤምኖክስ፣ (ሐ) Co3O4፣ (መ) NiCo2O4፣ (ሠ) MnCo2O4፣ (ረ) Vulcan XC-72R፣ (g) graphene፣ (h) ናይትሮጅን ዶፔድ ግራፊን፣ (እና) 5 ወ. .% ፕት/ሲ.
የ(a) MnO2፣ (b) MnOx፣ (c) Co3O4፣ (መ) NiCo2O4፣ (ሠ) MnCo2O4፣ (ረ) Vulcan XC-72R፣ ናይትሮጅን-ዶፔድ ግራፊን እና ግራፊን እና (g) 5 የኤክስሬይ ቅጦች % ፕላቲኒየም / ካርቦን
በለስ ላይ.2c–e፣ በኮባልት Co3O4፣ NiCo2O4 እና MnCo2O4 ላይ የተመሰረተ የኦክሳይድ የገጽታ ሞርፎሎጂ መደበኛ ያልሆነ መጠን ያላቸው ቅንጣቶችን ያቀፈ ነው።በለስ ላይ.3 ሐ–እ እነዚህ ሁሉ መሸጋገሪያዎች መሆናቸውን ያሳያልብረትኦክሳይዶች የአከርካሪ አጥንት መዋቅር እና ተመሳሳይ ኪዩቢክ ክሪስታል ሲስተም አላቸው (JCPDS 01-1152፣ JCPDS 20-0781 እና JCPDS 23-1237 በቅደም ተከተል)።ይህ የሚያመለክተው የሙቀት መበስበስ ዘዴው በከፍተኛ ደረጃ ክሪስታላይን ብረት ኦክሳይዶችን ለማምረት የሚያስችል ነው, ይህም በዲፍራክሽን ንድፍ ውስጥ በጠንካራ በደንብ የተገለጹ ቁንጮዎች እንደሚታየው.
የካርቦን ቁሳቁሶች የ SEM ምስሎች ትልቅ ለውጦችን ያሳያሉ.በለስ ላይ.2f Vulcan XC-72R የካርበን ጥቁር ጥቅጥቅ ያሉ የታሸጉ ናኖፓርተሎች አሉት።በተቃራኒው, በስእል 2g ውስጥ የግራፊን ገጽታ በጣም የተዘበራረቁ ሳህኖች አንዳንድ agglomerations ጋር.ሆኖም N-doped graphene (ምስል 2h) ቀጭን ሽፋኖችን ያካተተ ይመስላል.የVulcan XC-72R፣ የንግድ graphene nanosheets እና N-doped graphene ተዛማጅ የኤክስሬይ ዲፍራክሽን ቅጦች በምስል።3f በ 2θ የ (002) እና (100) የካርበን ጫፎች ላይ ትናንሽ ለውጦችን ያሳያል።Vulcan XC-72R እንደ ባለ ስድስት ጎን ግራፋይት በJCPDS 41-1487 ከቁንጮዎች (002) እና (100) በ 24.5° እና 43.2° ላይ ይታያሉ።በተመሳሳይ የ N-doped graphene (002) እና (100) ጫፎች በ 26.7 ° እና 43.3 ° ላይ ይታያሉ.በ Vulcan XC-72R እና በናይትሮጅን ዶፔድ ግራፊን በኤክስሬይ ዲፍራክሽን ቅጦች ላይ የሚታየው የጀርባ ጥንካሬ የእነዚህ ቁሳቁሶች የገጽታ ሞርፎሎጂ በጣም የተዘበራረቀ በመሆኑ ነው።በአንጻሩ፣ የግራፍነን ናኖሼት ዲፍራክሽን ጥለት ሹል፣ ኃይለኛ ጫፍ (002) በ26.5° እና ትንሽ ሰፊ ጫፍ (100) በ44° ያሳያል፣ ይህም የዚህ ናሙና የበለጠ ክሪስታል ተፈጥሮን ያሳያል።
በመጨረሻም, በ fig.2i SEM ምስል 5 wt.% Pt/C በዱላ ቅርጽ ያለው የካርበን ስብርባሪዎች ክብ ክፍተቶችን ያሳያል።Cubic Pt የሚወሰነው በ 5 wt% Pt/C ልዩነት ንድፍ በምስል 3g ውስጥ ካሉት አብዛኞቹ ጫፎች ሲሆን በ23° ላይ ያለው ጫፍ ከካርቦን ካለው (002) ጫፍ ጋር ይዛመዳል።
የመስመር መጥረግ ORR ማነቃቂያ ቮልታሞግራም በ 5 mV s-1 ጠረገ ፍጥነት ተመዝግቧል።በጅምላ ዝውውር ውሱንነቶች ምክንያት፣ የተሰበሰቡት ካርታዎች (ምስል 4 ሀ) ብዙውን ጊዜ የኤስ-ቅርጽ ወደ ፕላታ የሚዘረጋው የበለጠ አሉታዊ አቅም አላቸው።የተገደበው የአሁን ጥግግት፣ jL፣ እምቅ E1/2 (በ j/jL = ½) እና የመነሻ አቅም -0.1 mA ሴሜ-2 ከእነዚህ ቦታዎች ተነጥቀው በሰንጠረዥ 2 ውስጥ ተዘርዝረዋል።4ሀ፣ ማነቃቂያዎች እንደየ E1/2 አቅማቸው ወደ፡ (I) የብረት ኦክሳይድ፣ (II) ካርቦንሰሶስ ቁሶች እና (III) ክቡር ብረቶች ሊመደቡ ይችላሉ።
መስመራዊ ጠረገ ቮልታሞግራም የ(ሀ) ካታሊስት እና (ለ) ቀጭኑ የካታላይት ፊልም እና XC-72R፣ በ RDE ብርጭቆ የካርቦን ፍተሻ ላይ 400 ደቂቃ በሰዓት በ 5 mV s-1 በ O2 ሙሌት በ298 ኪ በ1 M NaOH cf.
የ Mn እና Co የግለሰብ ብረት ኦክሳይድ በቡድን I የመጀመርያ አቅም -0.17 V እና -0.19 V በቅደም ተከተል ያሳያሉ፣ እና E1/2 እሴቶች በ -0.24 እና -0.26 V መካከል ናቸው። የእነዚህ የብረት ኦክሳይድ ቅነሳ ምላሾች በቀመር ቀርበዋል .(1) እና (2)፣ ከመነሻው እምቅ ቀጥሎ የሚታዩት የበለስ.4a በቀመርው ውስጥ ካለው የ ORR ቀጥተኛ ያልሆነ መንገድ የመጀመሪያ ደረጃ 2e መደበኛ አቅም ጋር ይዛመዳል።(3)
በተመሳሳዩ ቡድን ውስጥ ያሉት የተቀላቀሉ የብረት ኦክሳይድ ኤምኤንኮ2ኦ4 እና ኒኮ2O4 በትንሹ የተስተካከሉ የመጀመሪያ እምቅ ችሎታዎችን በ -0.10 እና -0.12 ቮ በቅደም ተከተል ያሳያሉ፣ ነገር ግን E1/2 እሴቶችን ወደ 10.-0.23 ቮልት ይይዛሉ።
የቡድን II የካርቦን ቁሳቁሶች ከቡድን I የብረት ኦክሳይድ የበለጠ አዎንታዊ E1/2 እሴቶችን ያሳያሉ.የግራፊን ቁሳቁስ የመጀመርያ አቅም -0.07 ቮ እና ኢ1/2 ዋጋ -0.11 ቪ፣የመጀመሪያ አቅም እና E1/2 የ 72R Vulcan XC- -0.12V እና -0.17V በቅደም ተከተል አላቸው።በቡድን III ውስጥ፣ 5 wt% Pt/C በጣም አወንታዊውን የመነሻ አቅም በ0.02 V፣ E1/2 of -0.055 V እና ከፍተኛው ገደብ በ -0.4 ቪ አሳይቷል፣ ምክንያቱም የኦክስጂን ቅነሳ በወቅቱ የ4e መንገድ ጥግግት በኩል ነው። .እንዲሁም በፒቲ/ሲ ከፍተኛ የመተጣጠፍ ችሎታ እና በ ORR ምላሽ በሚቀለበስ ተለዋዋጭነት ምክንያት ዝቅተኛው E1/2 አለው።
ምስል S2a ለተለያዩ ማበረታቻዎች የታፍል ቁልቁል ትንታኔን ያቀርባል።የ 5 wt.% Pt/C በኪነቲክ ቁጥጥር የሚደረግበት ክልል ከ 0.02 ቮ ከ ኤችጂ / ኤችጂኦ ጋር ይጀምራል, የብረት ኦክሳይድ እና የካርቦን ቁሳቁሶች ከ -0.03 እስከ -0.1 V አሉታዊ እምቅ አቅም ባለው ክልል ውስጥ ይገኛሉ. ለ Tafel Pt/C -63.5 mV ss–1 ነው፣ ይህም ለ Pt በዝቅተኛ ወቅታዊ እፍጋቶች የተለመደ ነው dE/d log i = -2.3 RT/F31.32 በዚህ ውስጥ የፍጥነት መለኪያው የኦክስጂንን ከፊዚሰርፕሽን ወደ ሽግግር ያካትታል። ኬሚሶርፕሽን33,34.ለካርቦን ቁሳቁሶች የታፍል ቁልቁል ዋጋዎች ከ Pt/C (-60 እስከ -70 mV div-1) ጋር ተመሳሳይ በሆነ ክልል ውስጥ ሲሆኑ እነዚህ ቁሳቁሶች ተመሳሳይ የ ORR መንገዶች እንዳላቸው ይጠቁማል።የCo እና Mn የግለሰብ ብረት ኦክሳይድ ታፌል ተዳፋት ከ -110 እስከ -120 mV Dec-1፣ ይህም dE/d log i = -2.3 2RT/F ሲሆን የፍጥነት መለኪያው የመጀመሪያው ኤሌክትሮን ነው።ደረጃ 35 ፣ 36 የዝውውር ደረጃ በትንሹ ከፍ ያለ ቁልቁል ዋጋዎች ለተቀላቀሉ የብረት ኦክሳይድ NiCo2O4 እና MnCo2O4 ፣ ስለ -170 mV Dec-1 ፣ የኦክስጂንን መቀላቀልን የሚከላከሉ እና በኦክሳይድ ላይ የ OH- እና H2O ions መኖራቸውን ያመለክታሉ ። ኤሌክትሮን ማስተላለፍ, በዚህም ኦክስጅንን ይነካል.የመቀነስ መንገድ 35.
የ Kutetsky-Levich (KL) እኩልዮሽ የጅምላ ዝውውር ሳይኖር ለተለያዩ የመቀስቀሻ ናሙናዎች የኪነቲክ ምላሽ መለኪያዎችን ለመወሰን ጥቅም ላይ ውሏል።በቀመር ውስጥ.(4) አጠቃላይ የሚለካው የአሁን ጥግግት j የአሁኑ የኤሌክትሮን ሽግግር እና የጅምላ ዝውውር ድምር ነው።
ከሒሳብ.(5) የሚገድበው የአሁኑ ጥግግት jL ከመዞሪያው ፍጥነት ካሬ ሥር ጋር ተመጣጣኝ ነው።ስለዚህ, የ KL እኩልታ.(6) የ j-1 ከ ω−1//2 የመስመር ግራፍ ይገልፃል፣ የመገናኛ ነጥቡ jk እና የግራፉ ተዳፋት K ነው።
ν የኤሌክትሮላይት 1 M NaOH (1.1 × 10–2 ሴሜ 2 ሰ–1) 37፣ D በ1 M NaOH (1.89 × 10–5 cm2 s–1) 38፣ ω የO2 ስርጭት መጠን ነው። በደቂቃ ፍጥነት የማሽከርከር ፍጥነት ነው, C በጅምላ መፍትሄ ውስጥ ያለው የኦክስጂን ክምችት (8.4 × 10-7 mol cm-3) 38 ነው.
በ 100 ፣ 400 ፣ 900 ፣ 1600 እና 2500 rpm RDE በመጠቀም በመስመር የተጠረጉ ቮልታሞግራሞችን ይሰብስቡ።የ KL ዲያግራምን ለመንደፍ ከ -0.4 ቮ በተወሰነው የጅምላ ማስተላለፊያ ክልል ውስጥ ተወስደዋል, ማለትም -j-1 ከ ω-1//2 ለካታሊስት (ምስል S3a).እኩልታዎችን ተጠቀም።በእኩልታዎች (6) እና (7) ውስጥ የጅምላ ማስተላለፊያ jk ተፅእኖን ከግምት ውስጥ ሳያስገባ እንደ የኪነቲክ ወቅታዊ እፍጋት ያሉ የአስፈፃሚው አፈፃፀም አመልካቾች የሚወሰኑት ከ y ዘንግ ጋር ባለው መገናኛ ነጥብ እና በቁጥር ብዛት ነው ። የኤሌክትሮን ማስተላለፎች የሚወሰኑት ከርቭው ቅልመት K ነው።እነሱ በሰንጠረዥ 2 ውስጥ ተዘርዝረዋል ።
5 wt% Pt/C እና XC-72R ዝቅተኛው ፍፁም jk እሴቶች አሏቸው፣ ይህም ለእነዚህ ቁሳቁሶች ፈጣን ኪነቲክስን ያሳያል።ነገር ግን፣ የ XC-72R ጥምዝ ቁልቁል ለ 5 wt% Pt/C በእጥፍ ማለት ይቻላል፣ ይህም የሚጠበቀው ኬ በኦክስጅን ቅነሳ ምላሽ ወቅት የሚተላለፉ ኤሌክትሮኖች ብዛት አመላካች ነው።በንድፈ ሀሳብ፣ የKL ሴራ ለ 5 wt% Pt/C በተወሰነ የጅምላ ዝውውር ሁኔታዎች በ 39 አመጣጥ በኩል ማለፍ አለበት ፣ነገር ግን ይህ በስእል S3a ውስጥ አይታይም ፣ ይህም በውጤቶቹ ላይ ተጽዕኖ የሚያሳድሩ የእንቅስቃሴ ወይም ስርጭት ገደቦችን ያሳያል።ይህ ምናልባት Garsani et al.40 በፒቲ/ሲ ካታሊቲክ ፊልሞች ቶፖሎጂ እና ሞርፎሎጂ ውስጥ ያሉ ጥቃቅን አለመጣጣሞች የ ORR እንቅስቃሴ እሴቶችን ትክክለኛነት ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድሩ አሳይተዋል።ሆኖም ግን, ሁሉም የአሳታፊ ፊልሞች በተመሳሳይ መንገድ ተዘጋጅተው ስለነበር, በውጤቶቹ ላይ ያለው ማንኛውም ተጽእኖ ለሁሉም ናሙናዎች አንድ አይነት መሆን አለበት.የ ≈ -0.13 mA-1 cm2 ግራፊን KL መስቀል ነጥብ ከ XC-72R ጋር ይነጻጸራል ነገር ግን -0.20 mA-1 cm2 ለ N-doped graphene KL ግራፍ የሚያመለክተው የአሁኑ ጥንካሬ የበለጠ ነው በካታሊቲክ መለወጫ ላይ ያለው ቮልቴጅ.ይህ ሊሆን የቻለበት ምክንያት የግራፊን ናይትሮጅን ዶፒንግ አጠቃላይ የኤሌትሪክ እንቅስቃሴን በመቀነሱ የኤሌክትሮን ሽግግር እንቅስቃሴን በመቀነሱ ነው።በአንጻሩ የናይትሮጅን-ዶፔድ ግራፊን ፍፁም ኬ ዋጋ ከግራፊን ያነሰ ነው ምክንያቱም ናይትሮጅን መኖሩ ለኦአርአር41,42 የበለጠ ንቁ ቦታዎችን ለመፍጠር ይረዳል።
በማንጋኒዝ ላይ ለተመሰረቱ ኦክሳይዶች, ትልቁ የፍፁም እሴት መገናኛ ነጥብ ይታያል - 0.57 mA-1 cm2.የሆነ ሆኖ፣ የMnOx ፍፁም ኬ ዋጋ ከMnO2 በጣም ያነሰ እና ወደ 5 wt % ይጠጋል።%Pt/Cየኤሌክትሮን ማስተላለፊያ ቁጥሮች በግምት እንዲሆኑ ተወስኗል።MnOx 4 እና MnO2 ወደ 2 ቅርብ ነው. ይህ በሥነ-ጽሑፍ ውስጥ ከሚታተሙ ውጤቶች ጋር የሚጣጣም ነው, ይህም በ α-MnO2 ORR መንገድ ውስጥ የኤሌክትሮኖች ማስተላለፊያዎች ቁጥር 4 ነው, β-MnO243 ግን ከ 4 ያነሰ ነው. ስለዚህም የ ORR ዱካዎች በማንጋኒዝ ኦክሳይድ ላይ ተመስርተው ለተለያዩ የፖሊሞርፊክ ዓይነቶች ማነቃቂያዎች ይለያያሉ፣ ምንም እንኳን የኬሚካላዊ እርምጃዎች መጠኖች በግምት ተመሳሳይ ናቸው።በተለይም የ MnOx እና MnCo2O4 ማነቃቂያዎች የኤሌክትሮኖች ማስተላለፊያ ቁጥሮች ከ 4 ትንሽ ከፍ ያለ ናቸው ምክንያቱም በእነዚህ ማነቃቂያዎች ውስጥ የሚገኙት የማንጋኒዝ ኦክሳይዶች ቅነሳ ከኦክስጅን ቅነሳ ጋር በአንድ ጊዜ ይከሰታል.በቀደመው ሥራ ውስጥ የማንጋኒዝ ኦክሳይድ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ቅነሳ በናይትሮጅን 28 በተሞላው መፍትሄ ውስጥ ኦክሲጅንን ከመቀነሱ ጋር ተመሳሳይ በሆነ አቅም ውስጥ እንደሚገኝ ተረድተናል።የጎን ምላሾች አስተዋፅዖ ወደ የተሰላ የኤሌክትሮኖች ብዛት በትንሹ ከ4 በላይ ይመራል።
የ Co3O4 መገናኛው ≈ -0.48 mA-1 cm2 ነው, ይህም ከሁለቱ የማንጋኒዝ ኦክሳይድ ዓይነቶች ያነሰ አሉታዊ ነው, እና የሚታየው የኤሌክትሮን ማስተላለፊያ ቁጥር የሚወሰነው በ K ዋጋ ነው 2. NiCo2O4 እና Mn በ MnCo2O4 መተካት. በ Co ወደ ፍጹም እሴቶች K እንዲቀንስ ይመራል ፣ ይህ ደግሞ በተደባለቀ የብረት ኦክሳይድ ውስጥ የኤሌክትሮኖች ሽግግር መሻሻልን ያሳያል።
ኤሌክትሪክን ለመጨመር እና በጋዝ ስርጭት ኤሌክትሮዶች ውስጥ ትክክለኛውን የሶስት-ደረጃ ድንበር ምስረታ ለማመቻቸት የካርቦን ንጣፎች ወደ ORR ካታሊስት ቀለም ተጨምረዋል።ቩልካን-ኤክስሲ-72አር በዝቅተኛ ዋጋ፣ ትልቅ የገጽታ ስፋት 250 m2·g-1 እና ዝቅተኛ የመቋቋም አቅም ከ0.08 እስከ 1 Ω·cm44.45 ተመርጧል።ከVulcan XC-72R ጋር በ400 ሩብ ደቂቃ የተቀላቀለ የኤልኤስቪ ሴራ በስእል 1. 4ለ።Vulcan XC-72R የመደመር በጣም ግልፅ ውጤት የመጨረሻውን የአሁኑን እፍጋት መጨመር ነው።ይህ ለብረት ኦክሳይድ የበለጠ ትኩረት የሚስብ መሆኑን ልብ ይበሉ, ተጨማሪ 0.60 mA ሴ.ሜ-2 ነጠላ የብረት ኦክሳይድ, 0.40 mA ሴሜ -2 ለተደባለቀ የብረት ኦክሳይድ, እና 0.28 mA ሴሜ -2 ለግራፊን እና ዶፔድ ግራፊን.N. 0.05 mA ሴሜ-2 ይጨምሩ.-2.የ Vulcan XC-72R ወደ ካታሊስት ቀለም መጨመሩ በጅማሬው አቅም ላይ አዎንታዊ ለውጥ እና ከግራፊን በስተቀር ለሁሉም ማነቃቂያዎች E1/2 የግማሽ ሞገድ አቅምን አስገኝቷል።እነዚህ ለውጦች በVulcan XC-72R ማነቃቂያ ላይ ባለው የኤሌክትሮኬሚካላዊ የገጽታ አካባቢ አጠቃቀም46 እና በአነቃቂ ቅንጣቶች መካከል ያለው የተሻሻለ ግንኙነት47 ውጤት ሊሆን ይችላል።
ተጓዳኝ የTafel ፕላኖች እና የኪነቲክ ግቤቶች የእነዚህ ቀስቃሽ ድብልቆች በስእል S2b እና በሰንጠረዥ 3 በቅደም ተከተል ይታያሉ።የታፌል ቁልቁል እሴቶቹ ለMnOx እና graphene ቁሳቁሶች ከXC-72R እና ከሌላቸው ጋር ተመሳሳይ ነበሩ፣ ይህም የ ORR መንገዶቻቸው እንዳልተጎዱ ያሳያል።ሆኖም በኮባልት ላይ የተመሰረቱት ኦክሳይዶች Co3O4፣ NiCo2O4 እና MnCo2O4 በ-68 እና -80 mV Dec-1 መካከል በ-68 እና -80 mV Dec-1 መካከል አነስተኛ አሉታዊ የTafel slope እሴቶችን ከXC-72R ጋር በማጣመር የ ORR መንገድ መቀየሩን ያሳያል።ምስል S3b ከVulcan XC-72R ጋር ተጣምሮ ለካታላይት ናሙና የKL ሴራ ያሳያል።በአጠቃላይ ፣ ከ XC-72R ጋር ለተደባለቁ ሁሉም ማነቃቂያዎች የ jk ፍፁም እሴቶች መቀነስ ተስተውሏል።MnOx የ jk ፍፁም ዋጋ በ55 mA-1 ሴሜ 2 ትልቁን ቅናሽ ያሳየ ሲሆን NiCo2O4 ደግሞ በ32 mA-1 ሴ.ሜ-2 ቀንሷል እና graphene ትንሹን በ5 mA-1cm2 አሳይቷል።የ Vulcan XC-72R በአሳታፊው አፈፃፀም ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ በኦቭአር አንፃር በካታሊስት የመጀመሪያ እንቅስቃሴ የተገደበ ነው ብሎ መደምደም ይቻላል።
Vulcan XC-72R የኒኮ2O4፣ MnCo2O4፣ graphene እና ናይትሮጅን-ዶፔድ ግራፊን የ K እሴቶችን አይነካም።ነገር ግን የቩልካን XC-72R ሲጨመር የ Co3O4 K ዋጋ በከፍተኛ ሁኔታ ቀንሷል፣ ይህም በኦአርአር የሚተላለፉ ኤሌክትሮኖች ቁጥር መጨመሩን ያሳያል።እንዲህ ዓይነቱ የ Co3O4 ከካርቦን አካላት ጋር መገናኘቱ በማጣቀሻዎች ላይ ሪፖርት ተደርጓል.48, 49. የካርቦን ድጋፍ በማይኖርበት ጊዜ, Co3O4 የ HO2- O2 እና OH-50.51 አለመመጣጠን ያበረታታል ተብሎ ይታሰባል, ይህም በሰንጠረዥ 2 ውስጥ ከ Co3O4 ኤሌክትሮን ማስተላለፊያ ቁጥር ጋር ጥሩ ስምምነት ነው. የ Co3O4 አካላዊ ማስታወቂያ በካርቦን ንጣፎች ላይ የ 2 + 2 ባለአራት ኤሌክትሮን ORR መንገድ52 በመጀመሪያ ከ O2 ወደ HO2- በ Co3O4 catalyst እና Vulcan XC-72R (ቀመር 1) እና ከዚያም HO2 - በፍጥነት ያልተመጣጠነ ነው. የብረት ኦክሳይድ ገጽ ወደ O2 ይቀየራል ፣ ከዚያም ኤሌክትሮሬክተሮች።
በአንጻሩ የ K MnOx ፍፁም ዋጋ ቮልካን ኤክስሲ-72R ሲጨመር ይህም የኤሌክትሮን ማስተላለፊያ ቁጥር ከ 4.6 ወደ 3.3 (ሠንጠረዥ 3) መቀነስን ያመለክታል.ይህ የሆነበት ምክንያት ለሁለት-ደረጃ ኤሌክትሮን መንገድ በካርቦን ካታላይት ውህድ ላይ ሁለት ቦታዎች በመኖራቸው ነው።የ O2 ወደ HO2 የመጀመሪያ ቅነሳ በቀላሉ በካርቦን ድጋፎች ላይ ይከሰታል, በዚህም ምክንያት ለ ORR53 ባለ ሁለት ኤሌክትሮኔት መንገድ ምርጫ ትንሽ ጨምሯል.
የመቀየሪያው መረጋጋት በጂዲኢ ግማሽ-ሴል ውስጥ አሁን ባለው እፍጋቶች ክልል ውስጥ ተገምግሟል።በለስ ላይ.5 ለGDE MnOx፣ MnCo2O4፣ NiCo2O4፣ graphene እና ናይትሮጅን-doped graphene ከግዜ አንፃር እምቅ እቅዶችን ያሳያል።MnOx ጥሩ አጠቃላይ መረጋጋትን እና የ ORR አፈፃፀምን በዝቅተኛ እና ከፍተኛ የአሁኑ እፍጋቶች ያሳያል ፣ ይህም ለቀጣይ ማመቻቸት ተስማሚ መሆኑን ይጠቁማል።
የኤችዲኢ ናሙናዎች ክሮኖፖቴንቲዮሜትሪ በአሁኑ ጊዜ ከ10 እስከ 100 mA/cm2 በ1M NaOH፣ 333K፣ O2 ፍሰት መጠን 200 ሴሜ3/ደቂቃ።
MnCo2O4 በተጨማሪም አሁን ባለው የመጠን ክልል ውስጥ ጥሩ የ ORR መረጋጋትን የሚይዝ ይመስላል፣ ነገር ግን ከፍ ባለ የ50 እና 100 mA ሴ.ሜ-2 እፍጋቶች ከፍተኛ የትርፍ ቮልቴጅ MnCo2O4 እንደ MnOx እንደማይሰራ ያሳያል።Graphene GDE በ 100 mA ሴሜ -2 ፈጣን የአፈጻጸም ውድቀት በማሳየት አሁን ባለው የጥቅጥቅ ክልል ውስጥ ዝቅተኛውን የ ORR አፈጻጸም ያሳያል።ስለዚህ, በተመረጡት የሙከራ ሁኔታዎች, MnOx GDE በ Zn-air ሁለተኛ ደረጃ ስርዓት ውስጥ ለተጨማሪ ሙከራዎች ተመርጧል.