ຂໍ​ຂອບ​ໃຈ​ທ່ານ​ສໍາ​ລັບ​ການ​ຢ້ຽມ​ຢາມ Nature.com​.ທ່ານກໍາລັງໃຊ້ເວີຊັນຂອງຕົວທ່ອງເວັບທີ່ມີການສະຫນັບສະຫນູນ CSS ຈໍາກັດ.ເພື່ອປະສົບການທີ່ດີທີ່ສຸດ, ພວກເຮົາແນະນຳໃຫ້ທ່ານໃຊ້ບຣາວເຊີທີ່ອັບເດດແລ້ວ (ຫຼືປິດການນຳໃຊ້ໂໝດຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ໃນ Internet Explorer).ນອກຈາກນັ້ນ, ເພື່ອຮັບປະກັນການສະຫນັບສະຫນູນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ພວກເຮົາສະແດງເວັບໄຊທ໌ທີ່ບໍ່ມີຮູບແບບແລະ JavaScript.
ຕົວເລື່ອນສະແດງສາມບົດຄວາມຕໍ່ສະໄລ້.ໃຊ້ປຸ່ມດ້ານຫຼັງ ແລະປຸ່ມຕໍ່ໄປເພື່ອເລື່ອນຜ່ານສະໄລ້, ຫຼືປຸ່ມຄວບຄຸມສະໄລ້ຢູ່ທ້າຍເພື່ອເລື່ອນຜ່ານແຕ່ລະສະໄລ້.
ປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນທີ່ມີປະສິດຕິພາບ, ລາຄາບໍ່ແພງ ແລະທົນທານ (ORR) ມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍສໍາລັບຫມໍ້ໄຟ Zn-air ທີສອງ.ກິດຈະກໍາ ORR ຂອງ oxides ໂລຫະດຽວແລະປະສົມແລະ electrocatalysts ກາກບອນໄດ້ຖືກສືບສວນໂດຍນໍາໃຊ້ການວັດແທກການຫມຸນແຜ່ນດິດ (RDE), ເປີ້ນພູ Tafel, ແລະດິນ Kutetsky-Levich.ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າການປະສົມປະສານຂອງ MnOx ແລະ XC-72R ສະແດງກິດຈະກໍາ PBP ສູງແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີ, ເຖິງ 100 mA cm-2.ການປະຕິບັດຂອງ electrodes ORR ທີ່ເລືອກແລະ electrode ຂອງອົກຊີເຈນທີ່ປັບປຸງກ່ອນຫນ້າການວິວັດທະນາການ (OER) electrode ໄດ້ຖືກທົດສອບໃນຫມໍ້ໄຟ zinc-air ທີສອງທີ່ກໍາຫນົດເອງໃນການຕັ້ງຄ່າສາມ electrode, ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນ, electrolyte molarity, ອຸນຫະພູມ, ຄວາມບໍລິສຸດອົກຊີເຈນແມ່ນ. ຍັງໄດ້ທົດສອບ.ລັກສະນະຂອງ ORR ແລະ OERelectrodes.ສຸດທ້າຍ, ຄວາມທົນທານຂອງລະບົບສັງກະສີອາກາດຮອງໄດ້ຖືກປະເມີນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງປະສິດທິພາບພະລັງງານຂອງ 58-61% ທີ່ 20 mA cm-2 ໃນ 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ທີ່ 333 K ສໍາລັບ 40 ຊົ່ວໂມງ.
ແບດເຕີລີ່ອາກາດໂລຫະທີ່ມີ electrodes ອົກຊີເຈນແມ່ນຖືວ່າເປັນລະບົບທີ່ຫນ້າສົນໃຈທີ່ສຸດເພາະວ່າອຸປະກອນໄຟຟ້າສໍາລັບ electrodes ອົກຊີສາມາດໄດ້ຮັບໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍຈາກບັນຍາກາດອ້ອມຂ້າງແລະບໍ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການເກັບຮັກສາ1.ນີ້ເຮັດໃຫ້ການອອກແບບລະບົບງ່າຍດາຍໂດຍການອະນຸຍາດໃຫ້ electrode ອົກຊີເຈນທີ່ມີຄວາມສາມາດບໍ່ຈໍາກັດ, ດັ່ງນັ້ນການເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຂອງລະບົບ.ດັ່ງນັ້ນ, ແບດເຕີລີ່ໂລຫະທີ່ໃຊ້ວັດສະດຸ anode ເຊັ່ນ lithium, ອາລູມິນຽມ, ທາດເຫຼັກ, ສັງກະສີ, ແລະ magnesium ໄດ້ເກີດຂື້ນຍ້ອນຄວາມສາມາດສະເພາະທີ່ດີເລີດ.ໃນບັນດາພວກມັນ, ຫມໍ້ໄຟອາກາດສັງກະສີແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງຕະຫຼາດສໍາລັບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ຄວາມປອດໄພ, ແລະຄວາມເປັນມິດກັບສິ່ງແວດລ້ອມ, ເນື່ອງຈາກວ່າສັງກະສີມີຄຸນລັກສະນະທີ່ຕ້ອງການຫຼາຍເປັນວັດສະດຸ anode, ເຊັ່ນ: ຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີໃນ electrolytes aqueous, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງ, ແລະຄວາມສົມດຸນຕ່ໍາ.ທ່າແຮງ., electrochemical ປີ້ນກັບກັນ, ການນໍາໄຟຟ້າທີ່ດີ, ຄວາມອຸດົມສົມບູນແລະຄວາມສະດວກໃນການຈັດການ4,5.ໃນປັດຈຸບັນ, ເຖິງແມ່ນວ່າຫມໍ້ໄຟອາກາດສັງກະສີປະຖົມຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຄ້າເຊັ່ນເຄື່ອງຊ່ວຍຟັງ, ສັນຍານລົດໄຟແລະໄຟນໍາທາງ, ຫມໍ້ໄຟອາກາດສັງກະສີຮອງມີທ່າແຮງສໍາລັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງທຽບກັບຫມໍ້ໄຟ lithium.ນີ້ເຮັດໃຫ້ມັນຄຸ້ມຄ່າທີ່ຈະສືບຕໍ່ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບຫມໍ້ໄຟອາກາດສັງກະສີສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ Portable, ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ການເກັບຮັກສາພະລັງງານຂະຫນາດຕາຂ່າຍໄຟຟ້າແລະສະຫນັບສະຫນູນການຜະລິດພະລັງງານທົດແທນ6,7.
ຫນຶ່ງໃນຈຸດປະສົງທີ່ສໍາຄັນແມ່ນເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງປະຕິກິລິຍາອົກຊີເຈນທີ່ electrode ອາກາດ, ຄືປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນ (ORR) ແລະປະຕິກິລິຍາອອກຊິເຈນ (OER), ເພື່ອສົ່ງເສີມການຄ້າຂອງຫມໍ້ໄຟ Zn-ອາກາດຮອງ.ເພື່ອເຮັດສິ່ງນີ້, electrocatalysts ທີ່ມີປະສິດທິພາບສາມາດນໍາໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມອັດຕາການຕິກິຣິຍາແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເພີ່ມປະສິດທິພາບ.ໃນປັດຈຸບັນ, electrodes ອົກຊີເຈນທີ່ມີ catalysts bifunctional ໄດ້ຖືກອະທິບາຍໄດ້ດີໃນວັນນະຄະດີ 8,9,10.ເຖິງແມ່ນວ່າ catalysts bifunctional ສາມາດເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງຂອງ electrodes ງ່າຍດາຍແລະຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍການໂອນມະຫາຊົນ, ເຊິ່ງສາມາດຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດ, ໃນທາງປະຕິບັດ, catalysts ທີ່ເຫມາະສົມທີ່ສຸດສໍາລັບ ORR ມັກຈະບໍ່ເຫມາະສົມກັບ OER, ແລະໃນທາງກັບກັນ 11.ຄວາມແຕກຕ່າງໃນຄວາມສາມາດປະຕິບັດການນີ້ເຮັດໃຫ້ catalyst ໄດ້ຮັບການສໍາຜັດກັບລະດັບຄວາມກວ້າງຂອງທ່າແຮງ, ເຊິ່ງສາມາດປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງພື້ນຜິວຂອງມັນໃນໄລຍະເວລາ.ນອກຈາກນັ້ນ, ການເພິ່ງພາອາໄສກັນຂອງພະລັງງານຜູກມັດລະດັບປານກາງຫມາຍຄວາມວ່າສະຖານທີ່ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຢູ່ໃນ catalyst ສາມາດແຕກຕ່າງກັນສໍາລັບແຕ່ລະຕິກິຣິຍາ, ເຊິ່ງສາມາດສັບສົນການເພີ່ມປະສິດທິພາບ.
ບັນຫາໃຫຍ່ອີກອັນຫນຶ່ງສໍາລັບແບດເຕີຣີ Zn-air ທີສອງແມ່ນການອອກແບບຂອງອົກຊີເຈນelectrode, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນວ່າຕົວເລັ່ງ monofunctional ສໍາລັບ ORR ແລະ OER ດໍາເນີນການໃນສື່ປະຕິກິລິຍາທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.ຊັ້ນການແຜ່ກະຈາຍຂອງອາຍແກັສ ORR ຈະຕ້ອງເປັນ hydrophobic ເພື່ອໃຫ້ອາຍແກັສອອກຊິເຈນເຂົ້າໄປໃນສະຖານທີ່ catalytic, ໃນຂະນະທີ່ສໍາລັບ OER ພື້ນຜິວຂອງ electrode ຈະຕ້ອງເປັນ hydrophilic ເພື່ອຄວາມສະດວກໃນການກໍາຈັດຟອງອົກຊີເຈນ.ໃນຮູບ.1 ສະແດງໃຫ້ເຫັນສາມການອອກແບບ electrode ອົກຊີເຈນຂັ້ນສອງປົກກະຕິທີ່ເອົາມາຈາກການທົບທວນຄືນໂດຍ Jorissen12, ຄື (i) ຕົວເລັ່ງລັດ monolayer bifunctional, (ii) double ຫຼື multilayer catalysts, ແລະ (iii) triple electrode configurations.
ສໍາລັບການອອກແບບ electrode ທໍາອິດ, ເຊິ່ງປະກອບມີພຽງແຕ່ catalyst bifunctional ຊັ້ນດຽວທີ່ catalyzes ORR ແລະ OER ພ້ອມກັນ, ຖ້າຫາກວ່າເຍື່ອໄດ້ຖືກລວມເຂົ້າໃນການອອກແບບນີ້, ຫຼັງຈາກນັ້ນການປະກອບ membrane-electrode (MEA) ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນດັ່ງທີ່ສະແດງ.ປະເພດທີສອງປະກອບມີສອງ (ຫຼືຫຼາຍກວ່າ) ຕຽງ catalyst ທີ່ມີ porosity ທີ່ແຕກຕ່າງກັນແລະ hydrophobicity ເພື່ອບັນຊີສໍາລັບຄວາມແຕກຕ່າງໃນເຂດຕິກິຣິຍາ13,14,15.ໃນບາງກໍລະນີ, ສອງຕຽງ catalytic ຖືກແຍກອອກ, ມີດ້ານ hydrophilic ຂອງ OER ປະເຊີນກັບ electrolyte ແລະຂ້າງ semi-hydrophobic ຂອງ ORR ປະເຊີນຫນ້າກັບປາຍເປີດຂອງ electrodes 16, 17, 18. a cell ປະກອບດ້ວຍສອງຕິກິຣິຍາ -. electrodes ອົກຊີເຈນທີ່ສະເພາະແລະ electrode ສັງກະສີ19,20.ຕາຕະລາງ S1 ລາຍຊື່ຂໍ້ດີແລະຂໍ້ເສຍຂອງແຕ່ລະການອອກແບບ.
ການປະຕິບັດການອອກແບບ electrode ທີ່ແຍກປະຕິກິລິຍາ ORR ແລະ OER ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງການຂີ່ລົດຖີບທີ່ປັບປຸງກ່ອນຫນ້ານີ້19.ນີ້ແມ່ນຄວາມຈິງໂດຍສະເພາະສໍາລັບການຕັ້ງຄ່າ electrode ສາມ, ບ່ອນທີ່ການເຊື່ອມໂຊມຂອງ catalysts ທີ່ບໍ່ຫມັ້ນຄົງແລະສານເຕີມແຕ່ງຮ່ວມກັນແມ່ນຫນ້ອຍທີ່ສຸດແລະ outgassing ແມ່ນສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ຫຼາຍກວ່າຂອບເຂດທີ່ມີທ່າແຮງທັງຫມົດ.ສໍາລັບເຫດຜົນເຫຼົ່ານີ້, ພວກເຮົາໄດ້ນໍາໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າ Zn-air ສາມ electrode ໃນການເຮັດວຽກນີ້.
ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາທໍາອິດເລືອກ catalysts ORR ປະສິດທິພາບສູງໂດຍການປຽບທຽບ oxides ໂລຫະການປ່ຽນແປງຕ່າງໆ, ວັດສະດຸ carbonaceous, ແລະ catalysts ອ້າງອິງກັບ rotating disk electrode (RDE).Transition metal oxides ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເປັນ electrocatalysts ທີ່ດີເນື່ອງຈາກລັດ oxidation ທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງເຂົາເຈົ້າ;ປະຕິກິລິຍາຖືກກະຕຸ້ນໄດ້ງ່າຍກວ່າເມື່ອມີທາດປະສົມເຫຼົ່ານີ້21.ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, manganese oxides, cobalt oxides, ແລະ cobalt-based oxides ປະສົມ (ເຊັ່ນ: NiCo2O4 ແລະ MnCo2O4) 22,23,24 ສະແດງໃຫ້ເຫັນ ORR ທີ່ດີໃນສະພາບທີ່ເປັນດ່າງເນື່ອງຈາກ d-orbitals ເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງພວກມັນ, ລະດັບພະລັງງານເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ເອເລັກໂຕຣນິກ. ເຮັດວຽກແລະປັບປຸງຄວາມສະດວກສະບາຍໃນການຕັດ.ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກມັນມີຄວາມອຸດົມສົມບູນຫຼາຍໃນສະພາບແວດລ້ອມແລະມີຕົວນໍາໄຟຟ້າທີ່ຍອມຮັບ, ມີປະຕິກິລິຍາສູງແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີ.ເຊັ່ນດຽວກັນ, ວັດສະດຸ carbonaceous ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ມີຂໍ້ດີຂອງການນໍາໄຟຟ້າສູງແລະພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່.ໃນບາງກໍລະນີ, heteroatoms ເຊັ່ນໄນໂຕຣເຈນ, boron, phosphorus, ແລະ sulfur ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເຂົ້າໄປໃນຄາບອນເພື່ອດັດແປງໂຄງສ້າງຂອງມັນ, ປັບປຸງຄຸນລັກສະນະ ORR ຂອງວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຕື່ມອີກ.
ອີງຕາມຜົນຂອງການທົດລອງ, ພວກເຮົາໄດ້ລວມເອົາຕົວເລັ່ງ OVR ທີ່ເລືອກໄວ້ໃນ electrodes ການແຜ່ກະຈາຍອາຍແກັສ (GDE) ແລະທົດສອບພວກມັນຢູ່ໃນຄວາມຫນາແຫນ້ນຕ່າງໆໃນປະຈຸບັນ.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຕົວເລັ່ງ ORR GDE ທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍທີ່ສຸດໄດ້ຖືກປະກອບເຂົ້າໄປໃນຫມໍ້ໄຟ Zn-air ທີສອງຂອງສາມ electrode ຂອງພວກເຮົາພ້ອມກັບ electrodes OER ສະເພາະປະຕິກິລິຍາ optimized ໃນການເຮັດວຽກທີ່ຜ່ານມາຂອງພວກເຮົາ26,27.ທ່າແຮງຂອງ electrodes ອົກຊີເຈນຂອງບຸກຄົນໄດ້ຖືກຕິດຕາມໃນລະຫວ່າງການທົດລອງການໄຫຼອອກຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການທົດລອງຮອບວຽນເພື່ອສຶກສາຜົນກະທົບຂອງສະພາບການເຮັດວຽກເຊັ່ນ: ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນ, electrolyte molarity, ອຸນຫະພູມການເຮັດວຽກຂອງເຊນ, ແລະຄວາມບໍລິສຸດອົກຊີເຈນ.ສຸດທ້າຍ, ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຫມໍ້ໄຟຮອງ Zn-air ໄດ້ຖືກປະເມີນພາຍໃຕ້ການຮອບວຽນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການເຮັດວຽກທີ່ດີທີ່ສຸດ.
MnOx28 ໄດ້ຖືກກະກຽມໂດຍວິທີ redox ສານເຄມີ: 50 ml ຂອງ 0.04 M KMnO4 solution (Fisher Scientific, 99%) ໄດ້ຖືກຕື່ມໃສ່ 100 ml ຂອງ 0.03 M Mn(CH3COO)2 (Fisher Scientific, 98%) ເພື່ອສ້າງເປັນ precipitate ສີນ້ໍາຕານ.ການປະສົມໄດ້ຖືກປັບເປັນ pH 12 ດ້ວຍ sodium hydroxide ເຈືອຈາງ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ centrifuged 3-5 ເທື່ອຢູ່ທີ່ 2500 rpm ເພື່ອເກັບກໍາ precipitate.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, precipitate ໄດ້ຖືກລ້າງດ້ວຍນ້ໍາ deionized ຈົນກ່ວາສີມ່ວງຂອງ permanganate ion ຫາຍໄປ.ສຸດທ້າຍ, ເງິນຝາກໄດ້ຖືກຕາກໃຫ້ແຫ້ງດ້ວຍອາກາດ 333 K ຄ້າງຄືນ ແລະຈາກນັ້ນຖືກປົ່ນອອກ.
Spinel oxides Co3O4, NiCo2O4, ແລະ MnCo2O4 ຖືກສັງເຄາະໂດຍການເສື່ອມຄວາມຮ້ອນ.NiCo2O4 ແລະ MnCo2O4 ໄດ້ຖືກກະກຽມໂດຍການເພີ່ມ 0.5 M (14.5 g) nickel(II) nitrate hexahydrate, Ni(NO3)2⋅6H2O (Fisher Scientific, 99.9%) ຫຼື 0.5 M (12.6 g) tetrahydrate manganese(II) nitrate Mganese(II) nitrate (II) ).)2 4H2O (Sigma Aldrich, ≥ 97%) ແລະ 1 M (29.1 g) cobalt(II) nitrate hexahydrate, Co(NO3)2 6H2O (Fisher Scientific, 98+%, ACS reagents) ໃນ methanol (Fisher Scientific ,% 99.9. ) ໃນ vials dilution 100 ml.ເມທານອນຖືກຕື່ມໃສ່ໃນສ່ວນນ້ອຍໆໃສ່ກັບທາດ nitrate ໂລຫະທີ່ປ່ຽນແປງດ້ວຍການ stirring ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຈົນກ່ວາໄດ້ການແກ້ໄຂເປັນ homogeneous.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ການແກ້ໄຂໄດ້ຖືກໂອນເຂົ້າໄປໃນ crucible ແລະໃຫ້ຄວາມຮ້ອນໃນແຜ່ນຮ້ອນ, ປ່ອຍໃຫ້ເປັນສີແດງເຂັ້ມແຂງ.ແຂງໄດ້ຖືກ calcined ທີ່ 648 K ສໍາລັບ 20 ຊົ່ວໂມງໃນອາກາດ.ຈາກ​ນັ້ນ​ຜົນ​ໄດ້​ຮັບ​ຂອງ​ແຂງ​ໄດ້​ຖືກ​ນໍາ​ເຂົ້າ​ເປັນ​ຝຸ່ນ​ດີ.ບໍ່ມີ Ni(NO3)2 6H2O ຫຼື Mn(NO3)2 4H2O ຖືກເພີ່ມໃນລະຫວ່າງການສັງເຄາະຂອງ Co3O4.
Graphene nanosheets ທີ່ມີພື້ນທີ່ຫນ້າດິນ 300 m2 / g (Sigma Aldrich), graphene doped ກັບໄນໂຕຣເຈນ (Sigma Aldrich), ຝຸ່ນກາກບອນສີດໍາ (Vulcan XC-72R, Cabot Corp., 100%), MnO2 (Sigma Aldrich) ແລະ 5 wt.% Pt/C (Acros Organics) ຖືກໃຊ້ເປັນ.
ການວັດແທກ RDE (Pine Research Instrumentation) ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປະເມີນກິດຈະກໍາຂອງຕົວເລັ່ງ ORR ຕ່າງໆໃນ 1 M NaOH.ຫມຶກ catalytic ປະກອບດ້ວຍ 1 mg catalyst + 1 ml deionized (DI) H2O + 0.5 ml isopropanol (IPA) + 5 µl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) ຖືກໃຊ້ເປັນ.ເມື່ອ Vulcan XC-72R ຖືກເພີ່ມ, ສີ catalytic ປະກອບດ້ວຍ 0.5 mg catalyst + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 ml DI HO + 0.5 ml IPA + 5 µl 5 wt% Nafion 117 ເພື່ອຮັບປະກັນການໂຫຼດວັດສະດຸທີ່ສອດຄ່ອງ.ການປະສົມໄດ້ຖືກ sonicated ສໍາລັບ 20 ນາທີແລະ homogenized ໂດຍໃຊ້ Cole-Parmer LabGen 7 Series homogenizer ຢູ່ 28,000 rpm ສໍາລັບ 4 ນາທີ.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຫມຶກດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນສາມ aliquots ຂອງ 8 μlກັບຫນ້າດິນຂອງ electrode ກາກບອນແກ້ວ (ບໍລິສັດເຄື່ອງມື Pine) ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂອງ 4 ມມ (ພື້ນທີ່ເຮັດວຽກ ≈ 0.126 cm2) ແລະຕາກໃຫ້ແຫ້ງລະຫວ່າງຊັ້ນເພື່ອສະຫນອງການໂຫຼດຂອງ ≈120 μg cm. -2.ລະຫວ່າງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ, ພື້ນຜິວ electrode ກາກບອນແກ້ວໄດ້ຖືກຂັດປຽກຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງດ້ວຍ MicroCloth (Buehler) ແລະຝຸ່ນ alumina 1.0 ມມແລະ 0.5 ມມ (MicroPolish, Buehler) ຕິດຕາມດ້ວຍ sonication ໃນ deionized H2O.
ຕົວຢ່າງ electrode ການແຜ່ກະຈາຍອາຍແກັສ ORR ໄດ້ຖືກກະກຽມຕາມ protocol28 ຂອງພວກເຮົາທີ່ໄດ້ອະທິບາຍໄວ້ກ່ອນຫນ້ານີ້.ຫນ້າທໍາອິດ, ຝຸ່ນ catalyst ແລະ Vulcan XC-72R ໄດ້ຖືກປະສົມໃນອັດຕາສ່ວນ 1: 1.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ການປະສົມຂອງການແກ້ໄຂຂອງ polytetrafluoroethylene (PTFE) (60 wt.% ໃນ H2O) ແລະສານລະລາຍທີ່ມີອັດຕາສ່ວນຂອງ IPA / H2O ຂອງ 1: 1 ໄດ້ຖືກເພີ່ມໃສ່ປະສົມຝຸ່ນແຫ້ງ.Sonicate ສີ catalytic ສໍາລັບປະມານ 20 ນາທີແລະ homogenize ປະມານ 4 ນາທີຢູ່ທີ່ 28,000 rpm.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຫມຶກດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກນໍາມາບາງໆດ້ວຍ spatula ໃສ່ເຈ້ຍກາກບອນທີ່ຕັດລ່ວງຫນ້າ 13 ມມໃນເສັ້ນຜ່າກາງ (AvCarb GDS 1120) ແລະຕາກແດດໃຫ້ແຫ້ງຈົນກ່ວາປະລິມານ catalyst 2 mg cm2.
ອິເລັກໂທຣດ OER ໄດ້ຖືກຜະລິດໂດຍ electrodeposition cathodic ຂອງ Ni-Fe hydroxide catalysts ໃສ່ສະແຕນເລດ 15 mm x 15 mm.ຕາຫນ່າງ(DeXmet Corp, 4SS 5-050) ຕາມການລາຍງານ 26,27.Electrodeposition ໄດ້ດໍາເນີນຢູ່ໃນມາດຕະຖານສາມ electrode ເຄິ່ງເຊນ (ເຊນແກ້ວເຄືອບໂພລີເມີປະມານ 20 cm3) ທີ່ມີຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ Pt ເປັນ counter electrode ແລະ Hg/HgO ໃນ 1 M NaOH ເປັນ electrode ອ້າງອິງ.ອະນຸຍາດໃຫ້ຕາຫນ່າງສະແຕນເລດທີ່ເຄືອບ catalyst ກັບອາກາດແຫ້ງກ່ອນທີ່ຈະຕັດອອກພື້ນທີ່ປະມານ 0.8 cm2 ທີ່ມີ punch ເຫຼັກກາກບອນຫນາ 10 ມມ.
ສໍາລັບການປຽບທຽບ, ເອເລັກໂຕຣນິກ ORR ແລະ OER ການຄ້າໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຕາມທີ່ໄດ້ຮັບແລະທົດສອບພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂດຽວກັນ.Electrode ORR ການຄ້າ (QSI Nano Gas Diffusion Electrode, Quantum Sphere, ຫນາ 0.35 ມມ) ປະກອບດ້ວຍ manganese ແລະ carbon oxide ເຄືອບດ້ວຍຕົວເກັບປະຈຸ nickel mesh, ໃນຂະນະທີ່ electrode OER ການຄ້າ (ປະເພດ 1.7, ພິເສດ Magneto anode, BV) ມີຄວາມຫນາ 1.3. ມມ.ຕາຫນ່າງ titanium ຂະຫຍາຍໄດ້ເຖິງ 1.6 ມມ ເຄືອບດ້ວຍໂລຫະປະສົມ Ru-Ir.
ຮູບຮ່າງດ້ານສະລິຍະພາບ ແລະອົງປະກອບຂອງຕົວເລັ່ງລັດແມ່ນມີລັກສະນະໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດສະແກນເອເລັກໂຕຣນິກ FEI Quanta 650 FEG (SEM) ພາຍໃຕ້ສູນຍາກາດສູງ ແລະແຮງດັນເລັ່ງ 5 kV.ຂໍ້ມູນການແຜ່ກະຈາຍຂອງ X-ray ຜົງ (XRD) ໄດ້ຖືກເກັບກໍາຢູ່ໃນ Bruker D8 Advance X-ray diffractometer ທີ່ມີແຫຼ່ງທໍ່ທອງແດງ (λ = 1.5418 Å) ແລະວິເຄາະໂດຍໃຊ້ຊອບແວ Bruker Diffraction Suite EVA.
ການວັດແທກທາງເຄມີທັງໝົດໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ Biologic SP-150 potentiostat ແລະຊອບແວ EC-lab.ຕົວຢ່າງຂອງ RDE ແລະ GDE ໄດ້ຖືກທົດສອບໃນການຕິດຕັ້ງສາມ electrode ມາດຕະຖານທີ່ປະກອບດ້ວຍຫ້ອງແກ້ວ jacketed 200 cm3 ແລະ Laggin capillary ເປັນ electrode ອ້າງອີງ.Pt mesh ແລະ Hg/HgO ໃນ 1 M NaOH ຖືກ​ນໍາ​ໃຊ້​ເປັນ counter and reference electrodes, ຕາມ​ລໍາ​ດັບ.
ສໍາລັບການວັດແທກ RDE ໃນແຕ່ລະການທົດລອງ, ສົດ 1 M NaOH electrolyte ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້, ອຸນຫະພູມຂອງໄດ້ຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ຄົງທີ່ຢູ່ທີ່ 298 K ໂດຍໃຊ້ອາບນ້ໍາໄຫຼວຽນ (TC120, Grant).ອາຍແກັສອົກຊີ (BOC) ໄດ້ຖືກຟອງເຂົ້າໄປໃນ electrolyte ຜ່ານແກ້ວ frit ທີ່ມີ porosity ຂອງ 25-50 µm ສໍາລັບຢ່າງຫນ້ອຍ 30 ນາທີກ່ອນການທົດລອງແຕ່ລະຄັ້ງ.ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບເສັ້ນໂຄ້ງ polarization ORR, ທ່າແຮງໄດ້ຖືກສະແກນຈາກ 0.1 ຫາ -0.5 V (ທຽບກັບ Hg/HgO) ໃນອັດຕາການສະແກນຂອງ 5 mV s -1 ທີ່ 400 rpm.voltammograms ວົງຈອນແມ່ນໄດ້ຮັບໂດຍການກວາດທ່າແຮງລະຫວ່າງ 0 ຫາ -1.0 V ແລະ Hg/HgO ໃນອັດຕາ 50 mV s-1.
ສໍາລັບການວັດແທກ HDE, 1 M NaOH electrolyte ໄດ້ຖືກຮັກສາໄວ້ຢູ່ທີ່ 333 K ດ້ວຍອາບນ້ໍາໄຫຼວຽນ.ພື້ນທີ່ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ 0.8 cm2 ໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບ electrolyte ດ້ວຍການສະຫນອງອົກຊີເຈນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງກັບດ້ານຫລັງຂອງ electrode ໃນອັດຕາ 200 cm3 / min.ໄລຍະຫ່າງຄົງທີ່ລະຫວ່າງ electrode ທີ່ເຮັດວຽກແລະ electrode ອ້າງອີງແມ່ນ 10 ມມ, ແລະໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງ electrode ເຮັດວຽກແລະ counter electrode ແມ່ນ 13-15 ມມ.ສາຍ Nickel ແລະຕາຫນ່າງສະຫນອງການຕິດຕໍ່ໄຟຟ້າຢູ່ດ້ານອາຍແກັສ.ການວັດແທກ Chronopotentiometric ໄດ້ຖືກປະຕິບັດຢູ່ທີ່ 10, 20, 50 ແລະ 100 mA cm-2 ເພື່ອປະເມີນຄວາມຫມັ້ນຄົງແລະປະສິດທິພາບຂອງ electrode.
ຄຸນລັກສະນະຂອງ electrodes ORR ແລະ OER ໄດ້ຖືກປະເມີນຢູ່ໃນຫ້ອງແກ້ວທີ່ມີເສື້ອ 200 cm3 ທີ່ມີຊ່ອງໃສ່ໃນ PTFE29.ແຜນວາດ schematic ຂອງລະບົບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S1.electrodes ໃນຫມໍ້ໄຟແມ່ນເຊື່ອມຕໍ່ຢູ່ໃນລະບົບສາມ electrode.ອິເລັກໂທຣດທີ່ເຮັດວຽກປະກອບດ້ວຍ ORR ແລະ electrodes OER ທີ່ມີປະຕິກິລິຍາສະເພາະແຍກຕ່າງຫາກທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບໂມດູນ relay (Songle, SRD-05VDC-SL-C) ແລະ microcontroller (Raspberry Pi 2014 © model B+V1.2) ທີ່ມີ anode ສັງກະສີ.ເປັນຄູ່ electrodes ແລະ electrode ອ້າງອິງ Hg/HgO ໃນ 4 M NaOH ຢູ່ໃນໄລຍະ 3 ມມຈາກ anode ສັງກະສີ.A Python script ໄດ້ຖືກຂຽນເພື່ອດໍາເນີນການແລະຄວບຄຸມ Raspberry Pi ແລະໂມດູນ Relay.
ຈຸລັງໄດ້ຖືກດັດແປງເພື່ອຮອງຮັບແຜ່ນສັງກະສີ anode (Goodfellow, ຫນາ 1 ມມ, 99,95%) ແລະການປົກຫຸ້ມຂອງໂພລີເມີໄດ້ອະນຸຍາດໃຫ້ວາງ electrodes ຢູ່ໃນໄລຍະຄົງທີ່ປະມານ 10 m.ຫ່າງກັນ 4 ມມ.ສຽບຢາງ Nitrile ໄດ້ແກ້ໄຂ electrodes ໃນຝາປິດ, ແລະສາຍ nickel (Alfa Aesar, ເສັ້ນຜ່າກາງ 0.5 mm, annealed, 99.5% Ni) ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການຕິດຕໍ່ໄຟຟ້າຂອງ electrodes ໄດ້.anode foil ສັງກະສີໄດ້ຖືກອະນາໄມຄັ້ງທໍາອິດດ້ວຍ isopropanol ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນດ້ວຍນ້ໍາ deionized, ແລະຫນ້າດິນຂອງ foil ໄດ້ຖືກປົກຫຸ້ມດ້ວຍ tape polypropylene (Avon, AVN9811060K, 25 µm ຫນາ) ເພື່ອ expose ພື້ນທີ່ການເຄື່ອນໄຫວປະມານ 0.8 cm2.
ການທົດລອງຮອບວຽນທັງຫມົດໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນ 4 M NaOH + 0.3 M ZnO electrolyte ທີ່ 333 K ເວັ້ນເສຍແຕ່ໄດ້ບັນທຶກໄວ້ເປັນຢ່າງອື່ນ.ໃນຮູບ, Ewe ກ່ຽວກັບ Hg / HgO ຫມາຍເຖິງທ່າແຮງຂອງ electrode ອົກຊີເຈນທີ່ (ORR ແລະ OER), Ece ກ່ຽວກັບ Hg / HgO ເປັນຕົວແທນຂອງທ່າແຮງຂອງ electrode ສັງກະສີ, Ecell ກ່ຽວກັບ Hg / HgO ເປັນຕົວແທນຢ່າງເຕັມທີ່. ທ່າແຮງຂອງເຊນ ຫຼືຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ມີທ່າແຮງ.ລະຫວ່າງສອງທ່າແຮງຫມໍ້ໄຟ.ອົກຊີເຈນຫຼືອາກາດທີ່ຖືກບີບອັດໄດ້ຖືກສະຫນອງໃຫ້ດ້ານຫລັງຂອງ electrode OPP ໃນອັດຕາການໄຫຼຄົງທີ່ຂອງ 200 cm3 / ນາທີ.ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງວົງຈອນແລະການປະຕິບັດຂອງ electrodes ໄດ້ຖືກສຶກສາຢູ່ທີ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນຂອງ 20 mA cm-2, ເວລາຮອບວຽນ 30 ນາທີ, ແລະເວລາພັກຜ່ອນ OCV ຂອງ 1 ນາທີລະຫວ່າງແຕ່ລະຮອບເຄິ່ງຫນຶ່ງ.ຢ່າງຫນ້ອຍ 10 ຮອບໄດ້ຖືກປະຕິບັດສໍາລັບແຕ່ລະການທົດສອບ, ແລະຂໍ້ມູນໄດ້ຖືກສະກັດອອກຈາກຮອບວຽນ 1, 5, ແລະ 10 ເພື່ອກໍານົດສະພາບຂອງ electrodes ໃນໄລຍະເວລາ.
morphology ຂອງ catalyst ORR ມີລັກສະນະໂດຍ SEM (ຮູບ 2), ແລະການວັດແທກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງ X-ray ຜົງໄດ້ຢືນຢັນໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນຂອງຕົວຢ່າງ (ຮູບ 3).ຕົວກໍານົດການໂຄງສ້າງຂອງຕົວຢ່າງ catalyst ແມ່ນໃຫ້ຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 1. 1. ເມື່ອປຽບທຽບ manganese oxides, ການຄ້າ MnO2 ໃນຮູບ.2a ປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະຮູບແບບການກະຈາຍໃນຮູບ 3a ກົງກັບ JCPDS 24-0735 ສໍາລັບ tetragonal β-MnO2.ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຢູ່ເທິງພື້ນຜິວ MnOx ໃນຮູບ 2b ສະແດງໃຫ້ເຫັນອະນຸພາກລະອຽດແລະລະອຽດກວ່າ, ເຊິ່ງກົງກັບຮູບແບບການບິດເບືອນໃນຮູບທີ 66° ກົງກັບຈຸດສູງສຸດ (110), (220), (310), (211), ແລະ. (541) ຂອງ α-MnO2 hydrate ສູນກາງ tetrahedrally, JCPDS 44-014028.
(a) MnO2, (b) MnOx, (c) Co3O4, (d) NiCo2O4, (e) MnCo2O4, (f) Vulcan XC-72R, (g) graphene, (h) ໄນໂຕຣເຈນ doped graphene, (ແລະ ) 5 wt .% Pt/C.
ຮູບແບບ X-ray ຂອງ (a) MnO2, (b) MnOx, (c) Co3O4, (d) NiCo2O4, (e) MnCo2O4, (f) Vulcan XC-72R, graphene-doped ໄນໂຕຣເຈນແລະ graphene, ແລະ (g) 5 % platinum /carbon.
ໃນຮູບ.2c–e, ຮູບຮ່າງດ້ານສະນິດຂອງຜຸພັງໂດຍອີງໃສ່ cobalt Co3O4, NiCo2O4, ແລະ MnCo2O4 ປະກອບດ້ວຍກຸ່ມຂອງອະນຸພາກຂະໜາດບໍ່ສະໝ່ຳສະເໝີ.ໃນຮູບ.3c–e ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການຫັນປ່ຽນທັງໝົດເຫຼົ່ານີ້ໂລ​ຫະoxides ມີໂຄງສ້າງ spinel ແລະລະບົບຜລຶກກ້ອນທີ່ຄ້າຍຄືກັນ (JCPDS 01-1152, JCPDS 20-0781, ແລະ JCPDS 23-1237, ຕາມລໍາດັບ).ນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າວິທີການ decomposition ຄວາມຮ້ອນແມ່ນສາມາດຜະລິດ oxides ໂລຫະ crystalline ສູງ, ຫຼັກຖານສະແດງໂດຍຈຸດສູງສຸດທີ່ກໍານົດໄວ້ດີທີ່ເຂັ້ມແຂງໃນຮູບແບບ disffraction ໄດ້.
ຮູບພາບ SEM ຂອງວັດສະດຸກາກບອນສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງຂະຫນາດໃຫຍ່.ໃນຮູບ.2f Vulcan XC-72R carbon black ປະກອບດ້ວຍ nanoparticles ຫນາແຫນ້ນ.ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຮູບລັກສະນະຂອງ graphene ໃນຮູບ 2g ແມ່ນແຜ່ນທີ່ບໍ່ເປັນລະບຽບສູງທີ່ມີ agglomeration ບາງຢ່າງ.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, N-doped graphene (ຮູບ 2h) ປະກົດວ່າປະກອບດ້ວຍຊັ້ນບາງໆ.ຮູບແບບການແຜ່ກະຈາຍ X-ray ທີ່ສອດຄ້ອງກັນຂອງ Vulcan XC-72R, ແຜ່ນ nano graphene ການຄ້າ, ແລະ N-doped graphene ໃນຮູບ.3f ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງຂະຫນາດນ້ອຍໃນຄ່າ2θຂອງ (002) ແລະ (100) ສູງສຸດຄາບອນ.Vulcan XC-72R ຖືກລະບຸວ່າເປັນ graphite hexagonal ໃນ JCPDS 41-1487 ທີ່ມີຈຸດສູງສຸດ (002) ແລະ (100) ປາກົດຢູ່ 24.5° ແລະ 43.2° ຕາມລໍາດັບ.ເຊັ່ນດຽວກັນ, ສູງສຸດ (002) ແລະ (100) ຂອງ graphene N-doped ປາກົດຢູ່ທີ່ 26.7° ແລະ 43.3°, ຕາມລໍາດັບ.ຄວາມເຂັ້ມຂອງພື້ນຫຼັງທີ່ສັງເກດເຫັນຢູ່ໃນຮູບແບບການແຜ່ກະຈາຍຂອງ X-ray ຂອງ Vulcan XC-72R ແລະ graphene-doped ໄນໂຕຣເຈນແມ່ນເນື່ອງມາຈາກລັກສະນະທີ່ບໍ່ເປັນລະບຽບສູງຂອງວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ຢູ່ໃນ morphology ດ້ານຂອງພວກມັນ.ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຮູບແບບການບິດເບືອນຂອງ graphene nanosheets ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຈຸດສູງສຸດແຫຼມ, ສຸມ (002) ຢູ່ 26.5° ແລະຈຸດສູງສຸດຂະຫນາດນ້ອຍ (100) ທີ່ 44°, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງລັກສະນະ crystalline ຫຼາຍຂອງຕົວຢ່າງນີ້.
ສຸດທ້າຍ, ໃນຮູບ.2i ຮູບພາບ SEM ຂອງ 5 wt.% Pt/C ສະແດງຊິ້ນສ່ວນຄາບອນທີ່ມີລັກສະນະເປັນວົງກົມ.Cubic Pt ຖືກກຳນົດຈາກຈຸດສູງສຸດສ່ວນໃຫຍ່ໃນຮູບແບບ 5 wt% Pt/C diffraction ໃນຮູບ 3g, ແລະຈຸດສູງສຸດຢູ່ທີ່ 23° ກົງກັບຈຸດສູງສຸດ (002) ຂອງຄາບອນປະຈຸບັນ.
ການກວາດເສັ້ນຊື່ ORR voltammogram catalyst ໄດ້ຖືກບັນທຶກໄວ້ໃນອັດຕາການກວາດຂອງ 5 mV s-1.ເນື່ອງຈາກຂໍ້ຈໍາກັດຂອງການເຄື່ອນຍ້າຍມະຫາຊົນ, ແຜນທີ່ທີ່ເກັບກໍາ (ຮູບ 4a) ປົກກະຕິແລ້ວມີຮູບຮ່າງ S ຂະຫຍາຍໄປສູ່ພູພຽງທີ່ມີທ່າແຮງທາງລົບຫຼາຍ.ການຈໍາກັດຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນ, jL, ທ່າແຮງ E1/2 (ບ່ອນທີ່ j / jL = ½) ແລະທ່າແຮງເລີ່ມຕົ້ນຢູ່ທີ່ -0.1 mA cm-2 ໄດ້ຖືກສະກັດອອກຈາກພື້ນທີ່ເຫຼົ່ານີ້ແລະລະບຸໄວ້ໃນຕາຕະລາງ 2. ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ສັງເກດວ່າໃນຮູບ.4a, catalysts ສາມາດໄດ້ຮັບການຈັດປະເພດຕາມທ່າແຮງ E1/2 ຂອງເຂົາເຈົ້າເຂົ້າໄປໃນ: (I) oxides ໂລຫະ, (II) ວັດສະດຸ carbonaceous, ແລະ (III) ໂລຫະ noble.
voltammograms sweep ເສັ້ນຂອງ (a) catalyst ແລະ (b) ຮູບເງົາບາງໆຂອງ catalyst ແລະ XC-72R, ວັດແທກໃນ RDE glassy ຄາບອນ probe ຢູ່ທີ່ 400 rpm ກັບອັດຕາການສະແກນຂອງ 5 mV s-1 ໃນການອີ່ມຕົວ O2 ທີ່ 298 K ໃນ 1. M NaOH cf.
ທາດຜຸພັງໂລຫະສ່ວນບຸກຄົນຂອງ Mn ແລະ Co ໃນກຸ່ມ I ສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງເບື້ອງຕົ້ນຂອງ -0.17 V ແລະ -0.19 V ຕາມລໍາດັບ, ແລະຄ່າ E1/2 ແມ່ນລະຫວ່າງ -0.24 ແລະ -0.26 V. ປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດຜ່ອນການຜຸພັງໂລຫະເຫຼົ່ານີ້ຖືກນໍາສະເຫນີໃນສົມຜົນ. .(1) ແລະ (2), ເຊິ່ງປາກົດຢູ່ຖັດຈາກທ່າແຮງເລີ່ມຕົ້ນໃນຮູບ.4a ກົງກັບທ່າແຮງມາດຕະຖານຂອງ 2e ຂັ້ນຕອນທໍາອິດຂອງ ORR ທາງອ້ອມໃນສົມຜົນ.(3).
ທາດປະສົມໂລຫະອອກໄຊ MnCo2O4 ແລະ NiCo2O4 ໃນກຸ່ມດຽວກັນສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງເບື້ອງຕົ້ນທີ່ຖືກແກ້ໄຂເລັກນ້ອຍຢູ່ທີ່ -0.10 ແລະ -0.12 V ຕາມລໍາດັບ, ແຕ່ຮັກສາຄ່າ E1/2 ປະມານ 10.−0.23 volts.
ວັດສະດຸກາກບອນຂອງກຸ່ມ II ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄ່າ E1/2 ໃນທາງບວກຫຼາຍກ່ວາການຜຸພັງຂອງໂລຫະກຸ່ມ I.ວັດສະດຸ Graphene ມີທ່າແຮງເບື້ອງຕົ້ນຂອງ -0.07 V ແລະຄ່າ E1/2 ຂອງ -0.11 V, ໃນຂະນະທີ່ທ່າແຮງເບື້ອງຕົ້ນແລະ E1/2 ຂອງ 72R Vulcan XC- ແມ່ນ -0.12V ແລະ -0.17V ຕາມລໍາດັບ.ໃນກຸ່ມ III, 5 wt% Pt/C ສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງເບື້ອງຕົ້ນໃນທາງບວກທີ່ສຸດຢູ່ທີ່ 0.02 V, E1/2 ຂອງ -0.055 V, ແລະຂອບເຂດຈໍາກັດສູງສຸດທີ່ -0.4 V, ນັບຕັ້ງແຕ່ການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນເກີດຂຶ້ນໂດຍຜ່ານຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງເສັ້ນທາງ 4e ໃນປັດຈຸບັນ. .ມັນຍັງມີ E1 / 2 ຕ່ໍາສຸດເນື່ອງຈາກການນໍາພາສູງຂອງ Pt / C ແລະ kinetics ປີ້ນກັບກັນຂອງປະຕິກິລິຍາ ORR.
ຮູບ S2a ນໍາສະເຫນີການວິເຄາະຄວາມຊັນ Tafel ສໍາລັບ catalysts ຕ່າງໆ.ພາກພື້ນຄວບຄຸມ kinetically ຂອງ 5 wt.% Pt/C ເລີ່ມຕົ້ນທີ່ 0.02 V ກ່ຽວກັບ Hg/HgO, ໃນຂະນະທີ່ພາກພື້ນຂອງ oxides ໂລຫະແລະວັດສະດຸຄາບອນຢູ່ໃນຂອບເຂດຂອງທ່າແຮງທາງລົບຈາກ -0.03 ຫາ -0.1 V. ຄ່າຄວາມຊັນ. ສໍາລັບ Tafel Pt/C ແມ່ນ –63.5 mV ss–1, ເຊິ່ງປົກກະຕິສໍາລັບ Pt ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນຕ່ໍາ dE/d log i = –2.3 RT/F31.32 ໃນຂັ້ນຕອນການກໍານົດອັດຕາກ່ຽວຂ້ອງກັບການຫັນປ່ຽນຂອງອົກຊີເຈນຈາກ physisorption ໄປ. ເຄມີດູດຊຶມ33,34.ຄ່າຄວາມຊັນ Tafel ສໍາລັບວັດສະດຸຄາບອນຢູ່ໃນພາກພື້ນດຽວກັນກັບ Pt/C (-60 ຫາ -70 mV div-1), ແນະນໍາວ່າວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້ມີເສັ້ນທາງ ORR ທີ່ຄ້າຍຄືກັນ.ຜຸພັງຂອງໂລຫະສ່ວນບຸກຄົນຂອງ Co ແລະ Mn ລາຍງານ ເປີ້ນພູ Tafel ຕັ້ງແຕ່ -110 ຫາ -120 mV dec-1, ເຊິ່ງແມ່ນ dE/d log i = -2.3 2RT/F, ບ່ອນທີ່ຂັ້ນຕອນການກໍານົດອັດຕາແມ່ນເອເລັກໂຕຣນິກທໍາອິດ.ຂັ້ນ​ຕອນ​ທີ 35​, 36 ການ​ຖ່າຍ​ໂອນ​ສູງ​ຂຶ້ນ​ເລັກ​ນ້ອຍ​ທີ່​ບັນ​ທຶກ​ໄວ້​ສໍາ​ລັບ​ການ​ຜະ​ສົມ oxides ໂລ​ຫະ NiCo2O4 ແລະ MnCo2O4​, ປະ​ມານ -170 mV dec-1​, ຊີ້​ບອກ​ການ​ມີ OH- ແລະ H2O ions ເທິງ​ຫນ້າ​ດິນ​ຂອງ oxide ໄດ້​, ທີ່​ປ້ອງ​ກັນ​ການ​ດູດ​ຊຶມ​ອົກ​ຊີ​ເຈນ​ແລະ​. ການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກ, ດັ່ງນັ້ນຜົນກະທົບຕໍ່ອົກຊີເຈນ.ເສັ້ນທາງການຫຼຸດຜ່ອນ 35.
ສົມຜົນ Kutetsky-Levich (KL) ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດຕົວກໍານົດການຕິກິຣິຍາ kinetic ສໍາລັບຕົວຢ່າງ catalyst ຕ່າງໆໂດຍບໍ່ມີການໂອນມະຫາຊົນ.ໃນສົມຜົນ.(4) ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນທີ່ວັດແທກໄດ້ທັງຫມົດ j ແມ່ນຜົນລວມຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນໃນປະຈຸບັນຂອງການຖ່າຍທອດເອເລັກໂຕຣນິກແລະມະຫາຊົນ.
ຈາກສົມຜົນ.(5) ການຈໍາກັດຄວາມຫນາແຫນ້ນໃນປະຈຸບັນ jL ແມ່ນອັດຕາສ່ວນກັບຮາກທີ່ສອງຂອງຄວາມໄວການຫມຸນ.ດັ່ງນັ້ນ, ສົມຜົນ KL.(6) ອະທິບາຍເສັ້ນກຣາຟຂອງ j−1 ທຽບກັບ ω−1//2, ເຊິ່ງຈຸດຕັດກັນແມ່ນ jk ແລະ ຄວາມຊັນຂອງເສັ້ນກຣາບແມ່ນ K.
ບ່ອນທີ່ ν ແມ່ນຄວາມຫນືດຂອງ kinematic ຂອງ electrolyte 1 M NaOH (1.1 × 10–2 cm2 s–1)37, D ແມ່ນຄ່າສໍາປະສິດການແຜ່ກະຈາຍຂອງ O2 ໃນ 1 M NaOH (1.89 × 10–5 cm2 s–1)38, ω ແມ່ນ rpm ແມ່ນຄວາມໄວການຫມຸນ, C ແມ່ນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງອົກຊີເຈນໃນການແກ້ໄຂຈໍານວນຫຼາຍ (8.4 × 10–7 mol cm–3)38.
ເກັບກໍາ voltammograms swept linearly ໂດຍໃຊ້ RDE ທີ່ 100, 400, 900, 1600, ແລະ 2500 rpm.ມູນຄ່າໄດ້ຖືກປະຕິບັດຈາກ -0.4 V ໃນພາກພື້ນການໂອນມະຫາຊົນທີ່ຈໍາກັດເພື່ອວາງແຜນວາດ KL, ie -j-1 ທຽບກັບ ω-1//2 ສໍາລັບ catalyst (ຮູບ S3a).ໃຊ້ສົມຜົນ.ໃນສົມຜົນ (6) ແລະ (7), ຕົວຊີ້ວັດການປະຕິບັດຂອງ catalyst, ເຊັ່ນ: ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງກະແສ kinetic ໂດຍບໍ່ມີການຄໍານຶງເຖິງຜົນກະທົບຂອງການໂອນມະຫາຊົນ jk, ຖືກກໍານົດໂດຍຈຸດຕັດກັບແກນ y, ແລະຈໍານວນຂອງ. ການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍ gradient K ຂອງເສັ້ນໂຄ້ງ.ພວກມັນຖືກລະບຸໄວ້ໃນຕາຕະລາງ 2.
5 wt% Pt/C ແລະ XC-72R ມີມູນຄ່າ jk ຢ່າງແທ້ຈິງຕໍ່າສຸດ, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງ kinetics ທີ່ໄວຂຶ້ນສໍາລັບວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມຊັນຂອງເສັ້ນໂຄ້ງ XC-72R ແມ່ນເກືອບສອງເທົ່າສໍາລັບ 5 wt% Pt / C, ເຊິ່ງຄາດວ່າ K ແມ່ນຕົວຊີ້ວັດຂອງຈໍານວນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຖືກໂອນໃນລະຫວ່າງການປະຕິກິລິຍາການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນ.ໃນທາງທິດສະດີ, ດິນຕອນ KL ສໍາລັບ 5 wt% Pt / C ຄວນຜ່ານຕົ້ນກໍາເນີດ 39 ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການໂອນມະຫາຊົນທີ່ຈໍາກັດ, ແນວໃດກໍ່ຕາມນີ້ບໍ່ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນໃນຮູບ S3a, ແນະນໍາການຈໍາກັດ kinetic ຫຼືການແຜ່ກະຈາຍຜົນກະທົບຕໍ່ຜົນໄດ້ຮັບ.ນີ້ອາດຈະເປັນຍ້ອນວ່າ Garsani et al.40 ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂະຫນາດນ້ອຍໃນ topology ແລະ morphology ຂອງຮູບເງົາ catalytic Pt / C ສາມາດສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງຄ່າກິດຈະກໍາ ORR.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ນັບຕັ້ງແຕ່ຮູບເງົາ catalyst ທັງຫມົດໄດ້ຖືກກະກຽມໃນລັກສະນະດຽວກັນ, ຜົນກະທົບໃດໆກ່ຽວກັບຜົນໄດ້ຮັບຄວນຈະຄືກັນສໍາລັບຕົວຢ່າງທັງຫມົດ.ຈຸດຂ້າມ graphene KL ຂອງ ≈ -0.13 mA-1 cm2 ແມ່ນປຽບທຽບກັບ XC-72R, ແຕ່ຈຸດຂ້າມ -0.20 mA-1 cm2 ສໍາລັບກາຟ N-doped graphene KL ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນແມ່ນຫຼາຍຂື້ນກັບ. ແຮງດັນໃນຕົວແປງ catalytic.ນີ້ອາດຈະເປັນຍ້ອນຄວາມຈິງທີ່ວ່າການ doping ໄນໂຕຣເຈນຂອງ graphene ຫຼຸດຜ່ອນການນໍາໄຟຟ້າໂດຍລວມ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ kinetics ການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກຊ້າລົງ.ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ມູນຄ່າ K ຢ່າງແທ້ຈິງຂອງ graphene ທີ່ doped ໄນໂຕຣເຈນແມ່ນນ້ອຍກວ່າຂອງ graphene ຍ້ອນວ່າການມີໄນໂຕຣເຈນຊ່ວຍສ້າງສະຖານທີ່ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຫຼາຍສໍາລັບ ORR41,42.
ສໍາລັບ oxides ໂດຍອີງໃສ່ manganese, ຈຸດຕັດຂອງຄ່າຢ່າງແທ້ຈິງທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດແມ່ນສັງເກດເຫັນ - 0.57 mA-1 cm2.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຄ່າ K ຢ່າງແທ້ຈິງຂອງ MnOx ແມ່ນຕ່ໍາກວ່າ MnO2 ຫຼາຍແລະຢູ່ໃກ້ກັບ 5 wt %.%pt/C.ຕົວ​ເລກ​ການ​ໂອນ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ໄດ້​ຖືກ​ກໍາ​ນົດ​ເປັນ​ປະ​ມານ​.MnOx ແມ່ນ 4 ແລະ MnO2 ຢູ່ໃກ້ກັບ 2. ນີ້ແມ່ນສອດຄ່ອງກັບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ຕີພິມໃນວັນນະຄະດີ, ເຊິ່ງລາຍງານວ່າຈໍານວນຂອງການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກໃນເສັ້ນທາງ α-MnO2 ORR ແມ່ນ 4, ໃນຂະນະທີ່ β-MnO243 ປົກກະຕິແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າ 4. ດັ່ງນັ້ນ. , ເສັ້ນທາງ ORR ແຕກຕ່າງກັນສໍາລັບຮູບແບບ polymorphic ທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງ catalysts ໂດຍອີງໃສ່ manganese oxide, ເຖິງແມ່ນວ່າອັດຕາຂອງຂັ້ນຕອນທາງເຄມີຍັງຄົງປະມານດຽວກັນ.ໂດຍສະເພາະ, MnOx ແລະ MnCo2O4 catalysts ມີຕົວເລກການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກສູງກວ່າ 4 ເລັກນ້ອຍເພາະວ່າການຫຼຸດຜ່ອນການອອກໄຊຂອງ manganese ທີ່ມີຢູ່ໃນ catalysts ເຫຼົ່ານີ້ເກີດຂື້ນພ້ອມໆກັນກັບການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນ.ໃນວຽກງານທີ່ຜ່ານມາ, ພວກເຮົາພົບເຫັນວ່າການຫຼຸດຜ່ອນ electrochemical ຂອງ manganese oxide ເກີດຂຶ້ນໃນຂອບເຂດທີ່ມີທ່າແຮງດຽວກັນກັບການຫຼຸດຜ່ອນອົກຊີເຈນໃນການແກ້ໄຂທີ່ອີ່ມຕົວດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນ 28.ການປະກອບສ່ວນຂອງປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງເຮັດໃຫ້ຈໍານວນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຄິດໄລ່ເລັກນ້ອຍຫຼາຍກ່ວາ 4.
ຈຸດຕັດຂອງ Co3O4 ແມ່ນ ≈ −0.48 mA-1 cm2, ເຊິ່ງມີຄ່າລົບຫນ້ອຍກວ່າສອງຮູບແບບຂອງ manganese oxide, ແລະຕົວເລກການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ປາກົດຂື້ນແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍຄ່າຂອງ K ເທົ່າກັບ 2. ການທົດແທນ Ni ໃນ NiCo2O4 ແລະ Mn ໃນ MnCo2O4. ໂດຍ Co ນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງຄ່າຢ່າງແທ້ຈິງ K, ເຊິ່ງຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງການປັບປຸງ kinetics ການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກໃນ oxides ໂລຫະປະສົມ.
ຊັ້ນຍ່ອຍຄາບອນຖືກເພີ່ມໃສ່ຫມຶກຕົວເລັ່ງ ORR ເພື່ອເພີ່ມການນໍາໄຟຟ້າແລະສ້າງຄວາມສະດວກໃນການສ້າງເຂດແດນສາມເຟດທີ່ເຫມາະສົມໃນ electrodes ກະຈາຍອາຍແກັສ.Vulcan-XC-72R ຖືກເລືອກຍ້ອນລາຄາຕໍ່າ, ພື້ນທີ່ຫນ້າດິນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງ 250 m2·g-1, ແລະຄວາມຕ້ານທານຕໍ່າຂອງ 0.08 ຫາ 1 Ω·cm44.45.ແຜນຜັງ LSV ຂອງຕົວຢ່າງ catalyst ປະສົມກັບ Vulcan XC-72R ທີ່ 400 rpm ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1. 4b.ຜົນກະທົບທີ່ຊັດເຈນທີ່ສຸດຂອງການເພີ່ມ Vulcan XC-72R ແມ່ນການເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນໃນປະຈຸບັນສູງສຸດ.ໃຫ້ສັງເກດວ່ານີ້ແມ່ນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນກວ່າສໍາລັບ oxides ໂລຫະ, ມີ 0.60 mA cm-2 ເພີ່ມເຕີມສໍາລັບ oxides ໂລຫະດຽວ, 0.40 mA cm-2 ສໍາລັບ oxides ໂລຫະປະສົມ, ແລະ 0.28 mA cm-2 ສໍາລັບ graphene ແລະ doped graphene.N. ຕື່ມ 0.05 mA cm-2.−2.ການເພີ່ມເຕີມຂອງ Vulcan XC-72R ກັບຫມຶກ catalyst ຍັງສົ່ງຜົນໃຫ້ມີການປ່ຽນແປງໃນທາງບວກໃນທ່າແຮງເລີ່ມຕົ້ນແລະ E1 / 2 ທ່າແຮງເຄິ່ງຄື້ນສໍາລັບ catalysts ທັງຫມົດຍົກເວັ້ນ graphene.ການປ່ຽນແປງເຫຼົ່ານີ້ອາດຈະເປັນຜົນມາຈາກການເພີ່ມຂື້ນຂອງການນໍາໃຊ້ພື້ນທີ່ດ້ານ electrochemical 46 ແລະການປັບປຸງ contact47 ລະຫວ່າງອະນຸພາກ catalyst ກ່ຽວກັບຕົວເລັ່ງ Vulcan XC-72R ທີ່ສະຫນັບສະຫນູນ.
ແຜນວາດ Tafel ແລະຕົວກໍານົດການ kinetic ທີ່ສອດຄ້ອງກັນສໍາລັບການປະສົມ catalyst ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S2b ແລະຕາຕະລາງ 3, ຕາມລໍາດັບ.ຄ່າຄວາມຊັນຂອງ Tafel ແມ່ນຄືກັນສໍາລັບວັດສະດຸ MnOx ແລະ graphene ທີ່ມີແລະບໍ່ມີ XC-72R, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເສັ້ນທາງ ORR ຂອງພວກເຂົາບໍ່ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບ.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ທາດໄຊໂຄໂບລອນທີ່ອີງໃສ່ Co3O4, NiCo2O4 ແລະ MnCo2O4 ໃຫ້ຄ່າທາງລົບຂອງ Tafel ເລັກນ້ອຍລະຫວ່າງ -68 ແລະ -80 mV dec-1 ໃນການປະສົມປະສານກັບ XC-72R ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງການປ່ຽນແປງໃນເສັ້ນທາງ ORR.ຮູບ S3b ສະແດງແຜນຜັງ KL ສໍາລັບຕົວຢ່າງຕົວເລັ່ງການລວມກັບ Vulcan XC-72R.ໂດຍທົ່ວໄປ, ການຫຼຸດລົງຂອງຄ່າຢ່າງແທ້ຈິງຂອງ jk ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນສໍາລັບ catalysts ທັງຫມົດທີ່ປະສົມກັບ XC-72R.MnOx ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດລົງທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດຂອງຄ່າຢ່າງແທ້ຈິງຂອງ jk ໂດຍ 55 mA-1 cm2, ໃນຂະນະທີ່ NiCo2O4 ບັນທຶກການຫຼຸດລົງໂດຍ 32 mA-1 cm-2, ແລະ graphene ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດລົງຫນ້ອຍທີ່ສຸດໂດຍ 5 mA-1 cm2.ມັນສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າຜົນກະທົບຂອງ Vulcan XC-72R ກ່ຽວກັບການປະຕິບັດຂອງ catalyst ໄດ້ຖືກຈໍາກັດໂດຍກິດຈະກໍາເບື້ອງຕົ້ນຂອງ catalyst ໃນຂໍ້ກໍານົດຂອງ OVR.
Vulcan XC-72R ບໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄ່າ K ຂອງ NiCo2O4, MnCo2O4, graphene, ແລະໄນໂຕຣເຈນ doped graphene.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມູນຄ່າ K ຂອງ Co3O4 ຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍດ້ວຍການເພີ່ມ Vulcan XC-72R, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຈໍານວນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຖືກໂອນໂດຍ ORR.ການເຊື່ອມໂຍງດັ່ງກ່າວຂອງ Co3O4 ກັບອົງປະກອບຂອງຄາບອນໄດ້ຖືກລາຍງານຢູ່ໃນ refs.48, 49. ໃນກໍລະນີທີ່ບໍ່ມີການສະຫນັບສະຫນຸນຄາບອນ, Co3O4 ຄິດວ່າຈະສົ່ງເສີມຄວາມບໍ່ສົມດຸນຂອງ HO2- ກັບ O2 ແລະ OH-50.51, ເຊິ່ງຢູ່ໃນຂໍ້ຕົກລົງທີ່ດີກັບຈໍານວນການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກຂອງ Co3O4 ປະມານ 2 ໃນຕາຕະລາງ 2. ດັ່ງນັ້ນ, ການດູດຊຶມທາງກາຍະພາບຂອງ Co3O4 ເທິງຊັ້ນຍ່ອຍຄາບອນຄາດວ່າຈະສ້າງ 2 + 2 ສີ່ເອເລັກໂຕຣນິກ ORR pathway52 ທີ່ທໍາອິດ electroreduces O2 ກັບ HO2- ຢູ່ສ່ວນຕິດຕໍ່ຂອງຕົວກະຕຸ້ນ Co3O4 ແລະ Vulcan XC-72R (ສົມຜົນ 1) ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ HO2 - ອັດຕາສ່ວນຢ່າງໄວວາ. ດ້ານໂລຫະ oxide ຖືກປ່ຽນເປັນ O2 ຕິດຕາມດ້ວຍ electroreduction.
ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ມູນຄ່າຢ່າງແທ້ຈິງຂອງ K MnOx ເພີ່ມຂຶ້ນດ້ວຍການເພີ່ມ Vulcan XC-72R, ເຊິ່ງສະແດງເຖິງການຫຼຸດລົງຂອງຈໍານວນການໂອນເອເລັກໂຕຣນິກຈາກ 4.6 ຫາ 3.3 (ຕາຕະລາງ 3).ນີ້ແມ່ນເນື່ອງມາຈາກການປະກົດຕົວຂອງສອງສະຖານທີ່ຢູ່ໃນຄາບອນ catalyst composite ສໍາລັບເສັ້ນທາງເອເລັກໂຕຣນິກສອງຂັ້ນຕອນ.ການຫຼຸດຜ່ອນເບື້ອງຕົ້ນຂອງ O2 ກັບ HO2- ເກີດຂື້ນໄດ້ງ່າຍກວ່າໃນການສະຫນັບສະຫນູນຄາບອນ, ເຮັດໃຫ້ຄວາມມັກເພີ່ມຂຶ້ນເລັກນ້ອຍສໍາລັບເສັ້ນທາງສອງເອເລັກໂຕຣນິກຂອງ ORR53.
ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ catalyst ໄດ້ຖືກປະເມີນຢູ່ໃນ GDE half-cell ໃນລະດັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນ.ໃນຮູບ.5 ສະແດງໃຫ້ເຫັນພື້ນທີ່ທີ່ມີທ່າແຮງທຽບກັບເວລາສໍາລັບ GDE MnOx, MnCo2O4, NiCo2O4, graphene, ແລະ graphene-doped ໄນໂຕຣເຈນ.MnOx ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫມັ້ນຄົງໂດຍລວມທີ່ດີແລະການປະຕິບັດ ORR ໃນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນຕ່ໍາແລະສູງ, ແນະນໍາວ່າມັນເຫມາະສົມສໍາລັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບຕື່ມອີກ.
Chronopotentiometry ຂອງຕົວຢ່າງ HDE ໃນປະຈຸບັນຈາກ 10 ຫາ 100 mA / cm2 ໃນ 1 M NaOH, 333 K, ອັດຕາການໄຫຼ O2 200 cm3 / ນາທີ.
MnCo2O4 ຍັງເບິ່ງຄືວ່າຈະຮັກສາຄວາມຫມັ້ນຄົງ ORR ທີ່ດີໃນທົ່ວລະດັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນ, ແຕ່ວ່າຄວາມຫນາແຫນ້ນໃນປະຈຸບັນທີ່ສູງຂຶ້ນຂອງ 50 ແລະ 100 mA cm-2 overvoltages ຂະຫນາດໃຫຍ່ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າ MnCo2O4 ບໍ່ປະຕິບັດເຊັ່ນດຽວກັນກັບ MnOx.Graphene GDE ສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບ ORR ຕ່ໍາສຸດໃນໄລຍະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການທົດສອບໃນປະຈຸບັນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວາຂອງປະສິດທິພາບຢູ່ທີ່ 100 mA cm-2.ດັ່ງນັ້ນ, ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການທົດລອງທີ່ເລືອກ, MnOx GDE ໄດ້ຖືກເລືອກສໍາລັບການທົດສອບເພີ່ມເຕີມໃນລະບົບຮອງ Zn-air.