Nature.com ကိုလာရောက်လည်ပတ်တဲ့အတွက် ကျေးဇူးတင်ပါတယ်။သင်သည် အကန့်အသတ်ရှိသော CSS ပံ့ပိုးမှုဖြင့် ဘရောက်ဆာဗားရှင်းကို အသုံးပြုနေပါသည်။အကောင်းဆုံးအတွေ့အကြုံအတွက်၊ အပ်ဒိတ်လုပ်ထားသောဘရောက်ဆာ (သို့မဟုတ် Internet Explorer တွင် လိုက်ဖက်ညီသောမုဒ်ကိုပိတ်ပါ) ကိုအသုံးပြုရန် ကျွန်ုပ်တို့အကြံပြုအပ်ပါသည်။ထို့အပြင်၊ ဆက်လက်ပံ့ပိုးမှုသေချာစေရန်၊ ပုံစံများနှင့် JavaScript မပါဘဲ ဝဘ်ဆိုက်ကို ပြသပါသည်။
ဆလိုက်တစ်ခုလျှင် ဆောင်းပါးသုံးပုဒ်ကို ပြသသည့် ဆလိုက်ဒါများ။ဆလိုက်များတစ်လျှောက် ရွှေ့ရန် နောက်ဘက်နှင့် နောက်ခလုတ်များကို အသုံးပြုပါ သို့မဟုတ် ဆလိုက်တစ်ခုစီကို ရွှေ့ရန် အဆုံးရှိ ဆလိုက်ထိန်းချုပ်မှုခလုတ်များကို အသုံးပြုပါ။
ထိရောက်သော၊ စျေးမကြီးသောနှင့် တာရှည်ခံသော အောက်ဆီဂျင်လျှော့ချတုံ့ပြန်မှု (ORR) လျှပ်စစ်ဓာတ်ပစ္စည်းများသည် ဒုတိယ Zn-air ဘက်ထရီများအတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။သတ္တုတစ်မျိုးတည်းနှင့် ရောစပ်ထားသော အောက်ဆိုဒ်များနှင့် ကာဗွန်ဓာတ်အားလျှပ်စစ်ဓာတ်ပစ္စည်းများ၏ ORR လုပ်ဆောင်ချက်ကို လှည့်ပတ်ထားသော ဒစ်လျှပ်ကူးပစ္စည်း (RDE) တိုင်းတာမှုများ၊ Tafel တောင်စောင်းများနှင့် Kutetsky-Levich မြေကွက်များကို အသုံးပြု၍ စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သည်။MnOx နှင့် XC-72R ပေါင်းစပ်မှုသည် မြင့်မားသော PBP လုပ်ဆောင်ချက်နှင့် ကောင်းမွန်သော တည်ငြိမ်မှုကို ပြသနိုင်ပြီး 100 mA စင်တီမီတာ – 2 အထိရှိကြောင်း တွေ့ရှိခဲ့သည်။ရွေးချယ်ထားသော ORR လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ယခင်က ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ထားသော အောက်ဆီဂျင်ဆင့်ကဲတုံ့ပြန်မှု (OER) လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား စိတ်ကြိုက်တည်ဆောက်ထားသော ဒုတိယဇင့်-လေဘက်ထရီတွင် စမ်းသပ်ခဲ့ပြီး၊ လက်ရှိသိပ်သည်းဆ၊ အီလက်ထရိုလစ်မိုလာမှု၊ အပူချိန်၊ အောက်ဆီဂျင်သန့်စင်မှုကို စိတ်ကြိုက်လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။ စမ်းသပ်ခဲ့သည်။ORR နှင့် OER ၏လက္ခဏာများလျှပ်.နောက်ဆုံးတွင်၊ ဒုတိယဇင့်လေကြောင်းစနစ်၏ကြာရှည်ခံမှုကို အကဲဖြတ်ပြီး 4 M NaOH + 0.3 M ZnO တွင် 40 M NaOH တွင် 20 mA cm-2 တွင် 58-61% ဖြင့် စွမ်းအင်ထိရောက်မှုကို သရုပ်ပြခဲ့သည်။
အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းပါရှိသော သတ္တု-လေဘက်ထရီများကို အလွန်ဆွဲဆောင်မှုရှိသော စနစ်များအဖြစ် ယူဆထားသောကြောင့် အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းများသည် ပတ်ဝန်းကျင်လေထုမှ အလွယ်တကူရရှိနိုင်ပြီး သိုလှောင်ရန်မလိုအပ်သောကြောင့် ၁။၎င်းသည် အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား အကန့်အသတ်မရှိ စွမ်းရည်ရှိစေရန် ခွင့်ပြုခြင်းဖြင့် စနစ်၏ စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆကို တိုးမြှင့်ပေးခြင်းဖြင့် စနစ်ဒီဇိုင်းကို ရိုးရှင်းစေသည်။ထို့ကြောင့်၊ လစ်သီယမ်၊ အလူမီနီယမ်၊ သံ၊ ဇင့်နှင့် မဂ္ဂနီဆီယမ်စသည့် anode ပစ္စည်းများကို အသုံးပြုထားသော သတ္တု-လေဘက်ထရီများသည် ၎င်းတို့၏ အထူးကောင်းမွန်သော စွမ်းရည်ကြောင့် ထွက်ပေါ်လာသည်။၎င်းတို့အနက် ဇင့်လေဘက်ထရီများသည် ကုန်ကျစရိတ်၊ ဘေးကင်းရေးနှင့် သဘာဝပတ်ဝန်းကျင် ထိန်းသိမ်းရေးအတွက် စျေးကွက်လိုအပ်ချက်ကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်စွမ်းရှိသောကြောင့် ဇင့်သည် ရေအားလျှပ်စစ်ဓာတ်တွင် တည်ငြိမ်မှု၊ စွမ်းအင်သိပ်သည်းမှုနှင့် မျှခြေနည်းသော မျှခြေများကဲ့သို့ နှစ်လိုဖွယ်လက္ခဏာများစွာရှိသောကြောင့် ဖြစ်သည်။အလားအလာ။၊ လျှပ်စစ်ဓာတုပြောင်းပြန်လှန်နိုင်မှု၊ ကောင်းသောလျှပ်စစ်စီးကူးမှု၊ များပြားမှုနှင့် ကိုင်တွယ်ရလွယ်ကူမှု ၄၊၅။လက်ရှိတွင်၊ မူလဇင့်လေဘက်ထရီများကို နားကြားကိရိယာ၊ မီးရထားအချက်ပြများနှင့် လမ်းပြမီးများကဲ့သို့သော စီးပွားဖြစ်အသုံးပြုမှုများတွင် အသုံးပြုသော်လည်း၊ ဒုတိယဇင့်လေဘက်ထရီများသည် လစ်သီယမ်အခြေခံဘက်ထရီများနှင့် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သော စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆမြင့်မားမှုအတွက် အလားအလာရှိသည်။၎င်းသည် ခရီးဆောင်အီလက်ထရွန်းနစ်များ၊ လျှပ်စစ်ကားများ၊ ဂရစ်စကေးစွမ်းအင်သိုလှောင်မှုနှင့် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်ထုတ်လုပ်မှုကို ပံ့ပိုးရန်အတွက် ဇင့်လေဘက်ထရီများကို ဆက်လက်သုတေသနပြုခြင်းသည် အကျိုးရှိစေသည်။
အဓိက ရည်ရွယ်ချက်များထဲမှ တစ်ခုသည် လေလျှပ်ကူးပစ္စည်းတွင် အောက်ဆီဂျင် တုံ့ပြန်မှု စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ရန် ဖြစ်သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ အောက်ဆီဂျင် လျှော့ချရေး တုံ့ပြန်မှု (ORR) နှင့် အောက်ဆီဂျင် ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ် တုံ့ပြန်မှု (OER) တို့ ဖြစ်သည်။ဤအဆုံးသတ်ရန်အတွက်၊ တုံ့ပြန်မှုနှုန်းကို တိုးမြှင့်ရန်အတွက် ထိရောက်သော electrocatalysts များကို အသုံးပြုနိုင်ပြီး ထိရောက်မှုကို တိုးမြင့်စေပါသည်။လက်ရှိတွင်၊ bifunctional catalysts ပါရှိသော အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းများကို စာပေ ၈၊၉၊၁၀ တွင် ကောင်းစွာဖော်ပြထားသည်။bifunctional catalysts များသည် လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ဖွဲ့စည်းပုံကို ရိုးရှင်းစေပြီး အစုလိုက်အပြုံလိုက် လွှဲပြောင်းဆုံးရှုံးမှုကို လျှော့ချနိုင်သော်လည်း၊ ထုတ်လုပ်မှုကုန်ကျစရိတ်ကို လျှော့ချပေးနိုင်သော်လည်း လက်တွေ့တွင် ORR အတွက် အသင့်တော်ဆုံး ဓာတ်ကူပစ္စည်းများသည် OER အတွက် မကြာခဏ မသင့်လျော်ပါ၊ နှင့် အပြန်အလှန်အားဖြင့် 11။လည်ပတ်နိုင်ခြေရှိ ဤကွာခြားချက်သည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းအား အချိန်ကြာလာသည်နှင့်အမျှ ၎င်း၏ မျက်နှာပြင်ဖွဲ့စည်းပုံကို ပြောင်းလဲနိုင်သည့် ကျယ်ပြန့်သော အလားအလာများကို ထိတွေ့စေပါသည်။ထို့အပြင်၊ intermediate binding energies ၏ အပြန်အလှန်မှီခိုမှုသည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းပေါ်ရှိ တက်ကြွသောဆိုဒ်များသည် တုံ့ပြန်မှုတစ်ခုစီအတွက် ကွဲပြားနိုင်ပြီး ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းကို ရှုပ်ထွေးစေနိုင်သည်။
ဒုတိယ Zn-air ဘက်ထရီများအတွက် နောက်ထပ်အဓိကပြဿနာမှာ အောက်ဆီဂျင်ဒီဇိုင်းဖြစ်သည်။လျှပ်ကူးပစ္စည်းအဓိကအားဖြင့် ORR နှင့် OER အတွက် monofunctional catalyst များသည် မတူညီသော တုံ့ပြန်မှုမီဒီယာတွင် လုပ်ဆောင်သောကြောင့်ဖြစ်သည်။ORR ဓာတ်ငွေ့ပျံ့နှံ့မှုအလွှာသည် အောက်ဆီဂျင်ဓာတ်ငွေ့ကို ဓာတ်ပြုသည့်နေရာများအတွင်းသို့ ဝင်ရောက်ခွင့်ပြုရန် ရေအားလျှပ်စစ်ဖြစ်ရပါမည်။ OER အတွက် အောက်ဆီဂျင်ပူဖောင်းများကို ဖယ်ရှားရာတွင် လွယ်ကူချောမွေ့စေရန် လျှပ်ကူးပစ္စည်းမျက်နှာပြင်သည် hydrophilic ဖြစ်ရပါမည်။သဖန်းသီးပေါ်မှာ။1 တွင် Jorissen12 မှ ပြန်လည်သုံးသပ်ချက်မှ ရယူထားသော ပုံမှန်အလယ်တန်းအောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်း ဒီဇိုင်းသုံးခုဖြစ်သည့် (i) bifunctional monolayer catalysts၊ (ii) double သို့မဟုတ် multilayer catalysts နှင့် (iii) triple electrode configurations။
ORR နှင့် OER ကို တပြိုင်နက် ဓါတ်ကူပြုသည့် အလွှာတစ်ခုသာ ပါဝင်သော လျှပ်ကူးပစ္စည်း ဒီဇိုင်းအတွက်၊ ဤဒီဇိုင်းတွင် အမြှေးပါးတစ်ခု ပါဝင်ပါက ပြထားသည့်အတိုင်း အမြှေးပါး-လျှပ်ကူးပစ္စည်း တပ်ဆင်မှု (MEA) ကို ဖွဲ့စည်းထားသည်။ဒုတိယအမျိုးအစားတွင် တုံ့ပြန်မှုဇုန် 13,14,15 တွင် ကွဲပြားမှုများကို တွက်ချက်ရန်အတွက် မတူညီသော porosity နှင့် hydrophobicity ရှိသော ဓာတ်ကူကုတင်နှစ်ခု ပါဝင်ပါသည်။အချို့ကိစ္စများတွင်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းကုတင်နှစ်ခုကို OER ၏ hydrophilic ဘက်ခြမ်းသည် electrolyte နှင့် ORR ၏ semi-hydrophobic ဘက်ခြမ်းကို မျက်နှာမူကာ လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏အဖွင့်စွန်းများကို 16, 17, 18 ဖြင့် ပိုင်းခြားထားသည်။ တုံ့ပြန်မှုနှစ်ခုပါဝင်သော ဆဲလ်တစ်ခု၊ တိကျသော အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့် ဇင့်လျှပ်ကူးပစ္စည်း ၁၉၊၂၀။Table S1 သည် ဒီဇိုင်းတစ်ခုစီ၏ အားသာချက်များနှင့် အားနည်းချက်များကို စာရင်းပြုစုထားသည်။
ORR နှင့် OER တုံ့ပြန်မှုများကို ပိုင်းခြားထားသည့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းဒီဇိုင်းကို အကောင်အထည်ဖော်ခြင်းသည် ယခင်က စက်ဘီးစီးခြင်းတည်ငြိမ်မှုကို ပိုမိုကောင်းမွန်လာကြောင်း ပြသခဲ့သည်။မတည်မငြိမ်ဓာတ်ကူပစ္စည်းများနှင့် ပေါင်းစပ်ထည့်ဝင်ပစ္စည်းများ၏ ပျက်စီးယိုယွင်းမှုကို နည်းပါးစေပြီး အလားအလာရှိသော အကွာအဝေးတစ်ခုလုံးတွင် ဓာတ်ငွေ့ထွက်ခြင်းကို ပိုမိုထိန်းချုပ်နိုင်သည့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းသုံးလုံးဖွဲ့စည်းမှုပုံစံအတွက် အထူးသဖြင့်ဖြစ်သည်။ဤအကြောင်းများကြောင့်၊ ဤလုပ်ငန်းတွင် သုံးလျှပ်ကူးပစ္စည်း Zn-air configuration ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။
ဤဆောင်းပါးတွင်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် လည်ပတ်နေသော disk electrode (RDE) စမ်းသပ်မှုများဖြင့် အမျိုးမျိုးသော အသွင်ကူးပြောင်းရေးသတ္တုအောက်ဆိုဒ်များ၊ ကာဗွန်နိတ်ဓာတ်ပစ္စည်းများနှင့် ရည်ညွှန်းဓာတ်ကူပစ္စည်းတို့ကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်းဖြင့် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် ORR ဓာတ်ကူပစ္စည်းများကို ဦးစွာရွေးချယ်ပါသည်။Transition metal oxides များသည် ဓာတ်တိုးမှုအခြေအနေအမျိုးမျိုးကြောင့် ကောင်းသော electrocatalysts များဖြစ်ကြပါသည်။ဤဒြပ်ပေါင်းများ 21 တွင် ဓာတ်ပြုမှုများသည် ပိုမိုလွယ်ကူစွာ ဓာတ်ပြုနိုင်သည်။ဥပမာအားဖြင့်၊ မန်းဂနိစ်အောက်ဆိုဒ်၊ ကိုဘော့အောက်ဆိုဒ်၊ နှင့် ကိုဘော့အခြေခံ ရောစပ်အောက်ဆိုဒ်များ (ဥပမာ NiCo2O4 နှင့် MnCo2O4) 22,23,24 တို့သည် ၎င်းတို့၏ d-orbitals တစ်ဝက်ပြည့်သွားသော အီလက်ထရွန်စွမ်းအင်အဆင့်များကြောင့် အယ်ကာလိုင်းအခြေအနေတွင် ကောင်းမွန်သော ORR ကို ပြသသည် အလုပ်နှင့် ဖြတ်တောက်ခြင်းတို့ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေသည်။ထို့အပြင် ၎င်းတို့သည် ပတ်ဝန်းကျင်တွင် ပိုမိုပေါများပြီး လက်ခံနိုင်သော လျှပ်စစ်စီးကူးမှု၊ ဓာတ်ပြုမှုမြင့်မားပြီး တည်ငြိမ်မှုရှိသည်။အလားတူ၊ ကာဗွန်နိတ်ဓာတ်ပစ္စည်းများကို တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုကြပြီး မြင့်မားသောလျှပ်စစ်စီးကူးမှုနှင့် မျက်နှာပြင်အကျယ်အဝန်း၏ အားသာချက်များရှိသည်။အချို့သောကိစ္စများတွင်၊ နိုက်ထရိုဂျင်၊ ဘိုရွန်၊ ဖော့စဖရပ်နှင့် ဆာလဖာကဲ့သို့သော ဟေတီရိုအက်တမ်များကို ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံအားပြုပြင်ရန်အတွက် ကာဗွန်အဖြစ်ထည့်သွင်းပြီး ယင်းပစ္စည်းများ၏ ORR လက္ခဏာများကို ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်စေသည်။
စမ်းသပ်မှုရလဒ်များအပေါ်အခြေခံ၍ ကျွန်ုပ်တို့သည် ရွေးချယ်ထားသော OVR ဓာတ်ကူပစ္စည်းများကို ဓာတ်ငွေ့ပျံ့နှံ့မှုလျှပ်ကူးပစ္စည်း (GDE) တွင် ထည့်သွင်းပြီး ၎င်းတို့ကို လက်ရှိသိပ်သည်းဆအမျိုးမျိုးဖြင့် စမ်းသပ်ခဲ့သည်။ထို့နောက်တွင် အထိရောက်ဆုံး ORR GDE ဓာတ်ကူပစ္စည်းအား ကျွန်ုပ်တို့၏ယခင်အလုပ် 26,27 တွင် တုံ့ပြန်မှု-တိကျသော OER လျှပ်ကူးပစ္စည်းများနှင့်အတူ ကျွန်ုပ်တို့၏စိတ်ကြိုက်သုံးလျှပ်ကူးပစ္စည်းအလယ်တန်း Zn-air ဘက်ထရီထဲသို့ ပေါင်းစပ်ထည့်သွင်းထားပါသည်။အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းတစ်ခုချင်းစီ၏ အလားအလာများကို စဉ်ဆက်မပြတ် ထုတ်လွှတ်ခြင်းနှင့် အားသွင်းခြင်း စက်ဘီးစီးခြင်း လက်တွေ့စမ်းသပ်မှုများအတွင်း လက်ရှိသိပ်သည်းဆ၊ အီလက်ထရိုရိုက်မိုလာမှု၊ ဆဲလ်လည်ပတ်မှုအပူချိန်နှင့် အောက်ဆီဂျင်သန့်စင်မှုကဲ့သို့သော လည်ပတ်မှုအခြေအနေများ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေ့လာရန် စောင့်ကြည့်ခဲ့သည်။နောက်ဆုံးတွင်၊ အကောင်းဆုံးသောလည်ပတ်မှုအခြေအနေများအောက်တွင် စဉ်ဆက်မပြတ်စက်ဘီးစီးခြင်းအောက်တွင် Zn-air ဒုတိယဘက်ထရီများ၏တည်ငြိမ်မှုကို အကဲဖြတ်ခဲ့သည်။
MnOx28 ကို ဓာတု redox နည်းလမ်းဖြင့် ပြင်ဆင်ခဲ့သည်- 0.04 M KMnO4 ဖြေရှင်းချက် 50 ml (Fisher Scientific, 99%) ကို 0.03 M Mn(CH3COO)2 (Fisher Scientific, 98%) ၏ 100 ml သို့ ပေါင်းထည့်ခဲ့သည်။အရောအနှောကို pH 12 သို့ အပျော့စား ဆိုဒီယမ်ဟိုက်ဒရောဆိုဒ်ဖြင့် ချိန်ညှိထားပြီး မိုးရေကိုစုဆောင်းရန် 2500 rpm တွင် 3-5 ကြိမ် centrifuged ။ထို့နောက် နိတ်မနိတ်အိုင်းယွန်း၏ ခရမ်းရောင်အရောင် ပျောက်ကွယ်သွားသည်အထိ ဒြပ်ထုကို ရေဖြင့် ဆေးကြောသည်။နောက်ဆုံးတွင် သတ္တုသိုက်များကို ၃၃၃ ကျပ်ဖြင့် ညတွင်းချင်း လေအခြောက်ခံပြီး အမှုန့်ပြုပါသည်။
Spinel oxides Co3O4၊ NiCo2O4 နှင့် MnCo2O4 တို့ကို အပူပြိုကွဲခြင်းမှ ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းထားပါသည်။NiCo2O4 နှင့် MnCo2O4 တို့ကို 0.5 M (14.5 g) နီကယ်(II) nitrate hexahydrate၊ Ni(NO3)2⋅6H2O (Fisher Scientific၊ 99.9%) သို့မဟုတ် 0.5 M (12.6 g) tetrahydrate manganese(II) nitrate မန်းဂနိစ် (II) nitrate 0.5 M (12.6 g) တို့ကို ပေါင်းထည့်ခြင်းဖြင့် ပြင်ဆင်ထားပါသည်။ ))2 4H2O (Sigma Aldrich, ≥ 97%) နှင့် 1 M (29.1 g) cobalt(II) nitrate hexahydrate၊ Co(NO3)2 6H2O (Fisher Scientific၊ 98+%, ACS reagents) တွင် methanol (Fisher Scientific , 99.9) ) 100 မီလီလီတာအရည်ဖျော်ပုလင်းများတွင်။Methanol သည် တစ်သားတည်းဖြစ်တည်နေသော အဖြေရရှိသည်အထိ အဆက်မပြတ်မွှေခြင်းဖြင့် အသွင်ကူးပြောင်းရေးသတ္တုနိုက်ထရိတ်သို့ သေးငယ်သောအပိုင်းကို ပေါင်းထည့်သည်။ထို့နောက် ဖြေရှင်းချက်အား သစ်တုံးတစ်ခုသို့ လွှဲပြောင်းကာ ပူနွေးသော ပန်းကန်ပြားပေါ်တွင် အပူပေးကာ အနီရောင် နက်မှောင်သော အစိုင်အခဲတစ်ခု ကျန်ရစ်ခဲ့သည်။အစိုင်အခဲကို လေထဲတွင် နာရီ 20 ကြာ 648 K ဖြင့် သမအောင်ပြုလုပ်ထားသည်။ပြီးရင် ရလာတဲ့အခဲကို အမှုန့်ဖြစ်အောင် ကြိတ်လိုက်ပါ။Co3O4 ၏ပေါင်းစပ်မှုအတွင်း No Ni(NO3)2 6H2O သို့မဟုတ် Mn(NO3)2 4H2O ကို ထည့်သွင်းခဲ့သည်။
မျက်နှာပြင်ဧရိယာ 300 m2/g (Sigma Aldrich)၊ နိုက်ထရိုဂျင် (Sigma Aldrich)၊ ကာဗွန်အနက်ရောင်အမှုန့် (Vulcan XC-72R၊ Cabot Corp.၊ 100%)၊ MnO2 (Sigma Aldrich) နှင့် မျက်နှာပြင်ဧရိယာ 300 m2/g ရှိသော ဂရာဖင်နာနိုစာရွက်များ 5 wt.% Pt/C (Acros Organics) ကို ယခင်အတိုင်း အသုံးပြုခဲ့သည်။
RDE (Pine Research Instrumentation) တိုင်းတာမှုများကို 1 M NaOH တွင် အမျိုးမျိုးသော ORR ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၏ လုပ်ဆောင်မှုကို အကဲဖြတ်ရန် အသုံးပြုခဲ့သည်။1 mg catalyst + 1 ml deionized (DI) H2O + 0.5 ml isopropanol (IPA) + 5 µl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) ပါ၀င်သော ဓာတ်ပစ္စည်းများ မင်ကို အသုံးပြုထားသည်။Vulcan XC-72R ကို ထည့်လိုက်သောအခါ၊ ဓာတ်ပစ္စည်းများတွင် 0.5 mg ဓာတ်ကူပစ္စည်း + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 ml DI HO + 0.5 ml IPA + 5 µl 5 wt% Nafion 117 ပါ၀င်သည် ။အရောအနှောကို မိနစ် 20 ကြာ အသံသွင်းထားပြီး Cole-Parmer LabGen 7 Series homogenizer ကို 28,000 rpm တွင် 4 မိနစ်ကြာ တူညီအောင်ပြုလုပ်ထားသည်။ထို့နောက် မှင်ကို အချင်း 4 မီလီမီတာ (လုပ်ငန်းခွင်ဧရိယာ ≈ 0.126 စင်တီမီတာ) ရှိသော ဖန်စီကာဗွန်လျှပ်ကူးပစ္စည်း (Pine Instrument Company) ၏ မျက်နှာပြင်သို့ 8 μl ၏ 3 aliquotes ဖြင့် လိမ်းပြီး ≈120 μg စင်တီမီတာကို အခြောက်ခံကာ အလွှာများကြားတွင် အခြောက်ခံသည်။ စာ-၂။အပလီကေးရှင်းများကြားတွင်၊ ဖန်သားကာဗွန်လျှပ်ကူးပစ္စည်းမျက်နှာပြင်ကို MicroCloth (Buehler) နှင့် 1.0 mm နှင့် 0.5 mm alumina powder (MicroPolish, Buehler) တို့ဖြင့် ဆက်တိုက်စိုစွတ်နေအောင် ပွတ်တိုက်ပြီးနောက် deionized H2O တွင် အသံထွက်ပါသည်။
ကျွန်ုပ်တို့၏ယခင်ဖော်ပြထားသော ပရိုတိုကော ၂၈ အရ ORR ဓာတ်ငွေ့ပျံ့နှံ့လျှပ်ကူးပစ္စည်းနမူနာများကို ပြင်ဆင်ထားပါသည်။ပထမဦးစွာ၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းအမှုန့်နှင့် Vulcan XC-72R ကို 1:1 အလေးချိန်အချိုးဖြင့် ရောစပ်ထားသည်။ထို့နောက် polytetrafluoroethylene (PTFE) (H2O တွင် 60 wt.%) နှင့် IPA/H2O အချိုး 1:1 ပါသော အရောအနှောကို အခြောက်မှုန့်အရောအနှောသို့ ပေါင်းထည့်ခဲ့သည်။ဓာတ်ပစ္စည်းများကို မိနစ် 20 ခန့်ထားပြီး 28,000 rpm တွင် 4 မိနစ်ခန့် တစ်သားတည်းဖြစ်စေပါ။ထို့နောက် မှင်ကို အချင်း 13 မီလီမီတာ (AvCarb GDS 1120) ပေါ်တွင် spatula ဖြင့် ပါးပါးလေး လိမ်းပြီး ဓာတ်ကူပစ္စည်း ပါဝင်မှု 2 mg cm2 မရောက်မချင်း အခြောက်ခံပါ။
OER လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား Ni—Fe hydroxide ဓာတ်ကူပစ္စည်း များ၏ cathodic electrodeposition ဖြင့် 15 mm x 15 mm stainless steel ပေါ်၌ ဖန်တီးခဲ့သည်ကွက်(DeXmet Corp၊ 4SS 5-050) အစီရင်ခံချက်အရ ၂၆၊၂၇။Electrodeposition အား တန်ပြန်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် Pt grid နှင့် 1 M NaOH တွင် ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် စံသုံးလျှပ်ကူးပစ္စည်းတစ်ဝက်ဆဲလ် (ပိုလီမာ-ဖုံးလွှမ်းထားသော မှန်ဆဲလ်တစ်ခု (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 20 cm3)) တွင် Electrodeposition ကို စံသုံးလျှပ်ကူးပစ္စည်းတစ်ဝက်ဆဲလ်တစ်ခုတွင် ပြုလုပ်ခဲ့သည်။10 မီလီမီတာအထူ ကာဗွန်သံမဏိဖောက်စက်ဖြင့် ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 0.8 cm2 ဧရိယာကို မဖြတ်မီတွင် ဖုံးအုပ်ထားသော သံမဏိကွက်အား လေအခြောက်ခံပါ။
နှိုင်းယှဉ်ရန်အတွက်၊ စီးပွားရေးလုပ်ငန်းသုံး ORR နှင့် OER လျှပ်ကူးပစ္စည်းများကို တူညီသောအခြေအနေများအောက်တွင် လက်ခံရရှိပြီး စမ်းသပ်မှုအဖြစ် အသုံးပြုခဲ့သည်။စီးပွားဖြစ် ORR လျှပ်ကူးပစ္စည်း (QSI Nano Gas Diffusion Electrode၊ Quantum Sphere၊ 0.35 mm အထူ) တွင် နီကယ်ကွက်လက်ရှိစုဆောင်းသူဖြင့် ဖုံးအုပ်ထားသော မန်းဂနိစ်နှင့် ကာဗွန်အောက်ဆိုဒ်တို့ ပါဝင်ပြီး စီးပွားဖြစ် OER လျှပ်ကူးပစ္စည်း (အမျိုးအစား 1.7၊ အထူး Magneto anode၊ BV) သည် အထူ 1.3 ရှိသည်။ မီလီမီတာRu-Ir ရောစပ်ထားသော သတ္တုအောက်ဆိုဒ်ဖြင့် တိုးချဲ့ထားသော တိုက်တေနီယမ်ကွက် ၁.၆ မီလီမီတာအထိ။
မြင့်မားသောလေဟာနယ်နှင့် 5 kV အရှိန်မြှင့်ဗို့အားအောက်တွင်လုပ်ဆောင်နေသော FEI Quanta 650 FEG စကင်န်အီလက်ထရွန်အဏုစကုပ် (SEM) ကိုအသုံးပြု၍ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၏မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်နှင့်ဖွဲ့စည်းပုံတို့ကိုသွင်ပြင်လက္ခဏာဖြစ်သည်။Powder X-ray diffraction (XRD) ဒေတာကို Bruker D8 Advance X-ray diffractometer တွင် ကြေးနီပြွန်အရင်းအမြစ် (λ = 1.5418 Å) ဖြင့် စုဆောင်းပြီး Bruker Diffraction Suite EVA ဆော့ဖ်ဝဲလ်ကို အသုံးပြု၍ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့သည်။
လျှပ်စစ်ဓာတုတိုင်းတာမှုအားလုံးကို Biologic SP-150 potentiostat နှင့် EC-lab ဆော့ဖ်ဝဲလ်ကို အသုံးပြု၍ လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။RDE နှင့် GDE ၏နမူနာများကို ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် 200 cm3 ဂျာကင်အင်္ကျီနှင့် Laggin သွေးကြောမျှင်တစ်ခုပါရှိသော စံသုံးလျှပ်ကူးပစ္စည်းတပ်ဆင်မှုတွင် စမ်းသပ်ခဲ့သည်။1 M NaOH တွင် Pt mesh နှင့် Hg/HgO ကို တန်ပြန်နှင့် ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် အသီးသီး အသုံးပြုခဲ့ကြသည်။
စမ်းသပ်မှုတစ်ခုစီတွင် RDE တိုင်းတာမှုများအတွက် လတ်ဆတ်သော 1 M NaOH electrolyte ကို အသုံးပြုပြီး လည်ပတ်နေသောရေချိုးခန်း (TC120၊ Grant) ကို အသုံးပြု၍ အပူချိန် 298 K တွင် တည်ငြိမ်နေပါသည်။ဓာတ်ငွေ့အောက်ဆီဂျင် (BOC) သည် စမ်းသပ်မှုတစ်ခုစီမတိုင်မီ အနည်းဆုံး မိနစ် 30 ကြာ အပေါက်များသော 25-50 µm ရှိသော ဖန်သားပေါက်များမှတစ်ဆင့် အီလက်ထရိုလစ်ထဲသို့ ပွက်လောရိုက်နေသည်။ORR polarization မျဉ်းကွေးများရယူရန်၊ ဖြစ်နိုင်ခြေအား 0.1 မှ -0.5 V (Hg/HgO နှင့် ဆက်စပ်) 400 rpm တွင် စကင်န်နှုန်း 5 mV s -1 ဖြင့် စကင်န်ဖတ်ခဲ့သည်။0 နှင့် -1.0 V နှင့် Hg/HgO အကြား အလားအလာကို 50 mV s-1 နှုန်းဖြင့် ချဲ့ထွင်ခြင်းဖြင့် Cyclic voltammograms ကို ရယူခဲ့သည်။
HDE တိုင်းတာမှုများအတွက်၊ 1 M NaOH အီလက်ထရောနစ်ကို လည်ပတ်နေသောရေချိုးခန်းဖြင့် 333 K တွင် ထိန်းသိမ်းထားသည်။0.8 cm2 ရှိသော တက်ကြွသောဧရိယာသည် 200 cm3/min နှုန်းဖြင့် electrode ၏နောက်ဘက်ခြမ်းသို့ အောက်ဆီဂျင်ကို စဉ်ဆက်မပြတ်ပံ့ပိုးပေးခြင်းဖြင့် electrolyte နှင့် ထိတွေ့ခဲ့သည်။အလုပ်လုပ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့်ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းကြားရှိပုံသေအကွာအဝေးမှာ 10 မီလီမီတာဖြစ်ပြီး၊ အလုပ်လုပ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့် တန်ပြန်လျှပ်ကူးပစ္စည်းကြားအကွာအဝေးမှာ 13-15 မီလီမီတာဖြစ်သည်။နီကယ်ဝါယာကြိုးနှင့် ကွက်များသည် ဓာတ်ငွေ့ဘက်ခြမ်းရှိ လျှပ်စစ်အဆက်အသွယ်ကို ပေးသည်။Electrode ၏တည်ငြိမ်မှုနှင့်ထိရောက်မှုကိုအကဲဖြတ်ရန် Chronopotentiometric တိုင်းတာမှုများကို 10၊ 20၊ 50 နှင့် 100 mA စင်တီမီတာ-2 တွင်ပြုလုပ်ခဲ့သည်။
ORR နှင့် OER လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ ဝိသေသလက္ခဏာများကို PTFE29 ထည့်သွင်းပါရှိသော 200 စင်တီမီတာ 3 ဂျာကင်အင်္ကျီဖြင့်ဖန်ဆဲလ်တစ်ခုတွင် အကဲဖြတ်ခဲ့သည်။System ၏ schematic diagram ကို ပုံ S1 တွင် ပြထားသည်။ဘက်ထရီအတွင်းရှိ လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား လျှပ်ကူးပစ္စည်းသုံးမျိုးဖြင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။အလုပ်လုပ်သော လျှပ်ကူးပစ္စည်းတွင် သီးခြားတုံ့ပြန်မှု-သတ်သတ်မှတ်မှတ် ORR နှင့် OER လျှပ်ကူးပစ္စည်း ပါ၀င်သော relay module (Songle, SRD-05VDC-SL-C) နှင့် microcontroller (Raspberry Pi 2014© model B+V1.2) နှင့် zinc anode ဖြင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။အတွဲအဖြစ် 4 M NaOH ရှိ လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့် ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း Hg/HgO တို့သည် zinc anode မှ 3 mm အကွာအဝေးတွင် ရှိနေသည်။Raspberry Pi နှင့် Relay Module ကိုလည်ပတ်ရန်နှင့်ထိန်းချုပ်ရန်အတွက် Python script ကိုရေးသားထားသည်။
ဇင့်သတ္တုပြား anode (Goodfellow၊ 1 mm အထူ၊ 99.95%) နှင့် ပိုလီမာအဖုံးတစ်ခုသည် လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 10 မီတာအကွာအဝေးတွင် ထားရှိနိုင်စေရန် ဆဲလ်အား ပြုပြင်မွမ်းမံထားပါသည်။4 မီလီမီတာအကွာ။Nitrile ရော်ဘာပလပ်များသည် အဖုံးအတွင်းရှိ လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား ပြုပြင်ပေးပြီး၊ နီကယ်ဝိုင်ယာကြိုးများ (Alfa Aesar၊ အချင်း 0.5 မီလီမီတာ၊ လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ 99.5% Ni) ကို အသုံးပြုထားသည်။ဇင့်သတ္တုပြား anode ကို isopropanol ဖြင့် ပထမဦးစွာ သန့်စင်ခဲ့ပြီး၊ ထို့နောက် deionized water ဖြင့် သန့်စင်ခဲ့ပြီး သတ္တုပါး၏မျက်နှာပြင်ကို polypropylene တိပ် (Avon, AVN9811060K, 25 µm အထူ) ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 0.8 cm2 ရှိသော လှုပ်ရှားဧရိယာကို ဖော်ထုတ်ရန်။
စက်ဘီးစီးစမ်းသပ်မှုအားလုံးကို 4 M NaOH + 0.3 M ZnO electrolyte တွင် 333 K ဖြင့် လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။ပုံတွင်၊ Hg/HgO နှင့်စပ်လျဉ်းသော Ewe သည် အောက်ဆီဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်း (ORR နှင့် OER) ၏အလားအလာကိုရည်ညွှန်းသည်၊ Ece သည် Hg/HgO နှင့်စပ်လျဉ်းပြီး Ece သည် zinc electrode ၏အလားအလာကိုကိုယ်စားပြုသည်၊ Ecell သည် Hg/HgO နှင့်စပ်လျဉ်းပြီး Ecell သည် အပြည့်အဝကိုကိုယ်စားပြုသည်။ ဆဲလ်အလားအလာ သို့မဟုတ် အလားအလာကွာခြားမှု။ဘက်ထရီအလားအလာနှစ်ခုကြား။OPP electrode ၏နောက်ဘက်ခြမ်းသို့ အောက်ဆီဂျင် သို့မဟုတ် ဖိသိပ်ထားသောလေကို အဆက်မပြတ်စီးဆင်းမှုနှုန်း 200 cm3/min ဖြင့် ပေးဆောင်သည်။စက်ဘီးစီးသည့်လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏တည်ငြိမ်မှုနှင့်စွမ်းဆောင်ရည်ကိုလက်ရှိသိပ်သည်းဆ 20 mA စင်တီမီတာ-2၊ လည်ပတ်ချိန် 30 မိနစ်နှင့် OCV သံသရာတစ်ဝက်စီကြားတွင် 1 မိနစ်အနားယူချိန်ကို လေ့လာခဲ့သည်။စမ်းသပ်မှုတစ်ခုစီအတွက် အနည်းဆုံး 10 cycles ကို လုပ်ဆောင်ပြီး ဒေတာအား အချိန်နှင့်အမျှ electrodes များ၏အခြေအနေကို ဆုံးဖြတ်ရန် cycles 1၊ 5 နှင့် 10 တို့မှ အချက်အလက်များကို ထုတ်ယူခဲ့သည်။
ORR ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏ ပုံသဏ္ဍာန်ကို SEM (ပုံ. 2) ဖြင့် သွင်ပြင်လက္ခဏာရှိပြီး အမှုန့် X-ray diffraction တိုင်းတာမှုများသည် နမူနာများ၏ ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံကို အတည်ပြုခဲ့သည် (ပုံ 3)။ဓာတ်ကူပစ္စည်းနမူနာများ၏ တည်ဆောက်ပုံဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို ဇယား 1 တွင် ဖော်ပြထားသည်။2a တွင် ကြီးမားသော အမှုန်အမွှားများ ပါ၀င်ပြီး ပုံ 3a တွင် ကွဲလွဲမှုပုံစံသည် tetragonal β-MnO2 အတွက် JCPDS 24-0735 နှင့် ကိုက်ညီပါသည်။ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနှင့်၊ ပုံ 2b ရှိ MnOx မျက်နှာပြင်တွင် Fig. 66° ပါရှိသည့် ကွဲလွဲမှုပုံစံနှင့် ကိုက်ညီသည့် ပိုနုပြီး အမှုန်အမွှားများကို ပြသထားသည်။ tetrahedrally ဗဟိုပြုထားသော α-MnO2 hydrate ၏ (541)၊ JCPDS 44-014028။
(က) MnO2၊ (b) MnOx၊ (ဂ) Co3O4၊ (ဃ) NiCo2O4၊ (င) MnCo2O4၊ (f) Vulcan XC-72R၊ (g) graphene၊ (h) နိုက်ထရိုဂျင် စွန်းထင်း ဂရပ်ဖင်း (နှင့် ) 5 wt .%pt/C။
ဓာတ်မှန်ပုံစံများ (က) MnO2၊ (ခ) MnOx၊ (ဂ) Co3O4၊ (ဃ) NiCo2O4၊ (င) MnCo2O4၊ (f) Vulcan XC-72R၊ နိုက်ထရိုဂျင်စွန်းထင်းထားသော ဂရပ်ဖင်းနှင့် ဂရပ်ဖင်း (g) 5၊ % ပလက်တီနမ် / ကာဗွန်။
သဖန်းသီးပေါ်မှာ။2c–e၊ ကိုဘော့ Co3O4၊ NiCo2O4 နှင့် MnCo2O4 တို့ကို အခြေခံ၍ အောက်ဆိုဒ်များ၏ မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်တွင် ပုံသဏ္ဍာန်မညီသော အမှုန်အမွှားများ ပါဝင်သည်။သဖန်းသီးပေါ်မှာ။3c–e သည် ဤအကူးအပြောင်းအားလုံးကို ပြသသည်။သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များတွင် spinel ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် ဆင်တူသော ကုဗပုံဆောင်ခဲစနစ် (JCPDS 01-1152၊ JCPDS 20-0781 နှင့် JCPDS 23-1237 အသီးသီး) ရှိသည်။၎င်းသည် အပူပြိုကွဲခြင်းနည်းလမ်းသည် မြင့်မားသောပုံဆောင်ခဲသတ္တုအောက်ဆိုဒ်များကို ထုတ်လုပ်နိုင်စွမ်းရှိကြောင်း ညွှန်ပြနေပါသည်။
ကာဗွန်ပစ္စည်းများ၏ SEM ပုံများသည် ကြီးမားသောပြောင်းလဲမှုများကို ပြသသည်။သဖန်းသီးပေါ်မှာ။2f Vulcan XC-72R ကာဗွန်အနက်ရောင်တွင် ထူထပ်စွာထုပ်ပိုးထားသော နာနိုအမှုန်များပါဝင်သည်။ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနှင့်၊ Fig. 2g တွင် graphene ၏အသွင်အပြင်သည် အချို့သော စုစည်းမှုရှိသော အလွန်ချို့ယွင်းနေသောပြားများဖြစ်သည်။သို့သော်လည်း N-doped graphene (ပုံ။ 2h) သည် ပါးလွှာသော အလွှာများ ပါ၀င်သည် ။ပုံများတွင် Vulcan XC-72R၊ စီးပွားဖြစ် graphene nanosheets နှင့် N-doped graphene တို့၏ သက်ဆိုင်ရာ X-ray diffraction ပုံစံများ။3f သည် (002) နှင့် (100) ကာဗွန်အထွတ်အထိပ်များ၏ 2θ တန်ဖိုးများတွင် သေးငယ်သောပြောင်းလဲမှုများကို ပြသသည်။Vulcan XC-72R ကို JCPDS 41-1487 တွင် ဆဋ္ဌဂံဂရပ်ဖိုက်အဖြစ် သတ်မှတ်ပြီး အထွတ်အထိပ် (002) နှင့် (100) ကို 24.5° နှင့် 43.2° အသီးသီးတွင် ပေါ်နေပါသည်။အလားတူ၊ N-doped graphene ၏ (002) နှင့် (100) ၏ အထွတ်အထိပ်များသည် 26.7° နှင့် 43.3° အသီးသီးတွင် ပေါ်နေပါသည်။Vulcan XC-72R နှင့် nitrogen-doped graphene တို့၏ X-ray diffraction ပုံစံများတွင် တွေ့ရသော နောက်ခံပြင်းထန်မှုသည် ၎င်းတို့၏ မျက်နှာပြင်ပုံသဏ္ဍာန်တွင် ဤပစ္စည်းများ၏ အလွန်ချို့ယွင်းသော သဘောသဘာဝကြောင့် ဖြစ်သည်။ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့်၊ graphene nanosheets များ၏ ကွဲလွဲမှုပုံစံသည် 26.5° တွင် ပြတ်သားပြီး ပြင်းထန်သော အထွတ်အထိပ် (002) နှင့် 44° တွင် သေးငယ်သော အထွတ်အထိပ် (100) ကို ပြသပြီး ဤနမူနာ၏ ပုံဆောင်ခဲသဘောသဘာဝကို ညွှန်ပြသည်။
နောက်ဆုံးတွင်၊ သင်္ဘောသဖန်း။2i SEM ရုပ်ပုံသည် 5 wt.% Pt/C ၏ အဝိုင်းပုံစံ ကာဗွန်အပိုင်းအစများကို ပြသသည်။Cubic Pt သည် ပုံ. 3g ရှိ 5 wt% Pt/C diffraction ပုံစံရှိ အထွတ်အထိပ်အများစုမှ ဆုံးဖြတ်ပြီး 23° တွင် အထွတ်အထိပ်သည် ကာဗွန်လက်ရှိ (002) ၏ အထွတ်အထိပ်နှင့် ကိုက်ညီပါသည်။
linear sweep ORR ဓာတ်ကူပစ္စည်း voltammogram ကို 5 mV s-1 ၏ sweep rate ဖြင့် မှတ်တမ်းတင်ထားသည်။အစုလိုက်အပြုံလိုက် လွှဲပြောင်းမှု ကန့်သတ်ချက်များကြောင့် စုဆောင်းထားသော မြေပုံများ (ပုံ. 4a) သည် အများအားဖြင့် S-shape ရှိပြီး အနုတ်လက္ခဏာဆောင်သော ကုန်းပြင်မြင့်တစ်ခုသို့ ချဲ့ထွင်ထားသည်။ကန့်သတ်ထားသော လက်ရှိသိပ်သည်းဆ၊ jL၊ အလားအလာ E1/2 (j/jL = ½) နှင့် -0.1 mA cm-2 တွင် စတင်နိုင်ခြေကို ဤကွက်များမှ ထုတ်ယူပြီး ဇယား 2 တွင် ဖော်ပြထားပါသည်။ မှတ်သားထိုက်ပါသည်။4a၊ ဓါတ်ကူပစ္စည်းများအား ၎င်းတို့၏ E1/2 အလားအလာများနှင့်အညီ အမျိုးအစားခွဲခြားနိုင်သည်- (၁) သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များ၊ (II) ကာဗွန်နိုက်ရှိုက်ပစ္စည်းများနှင့် (III) မြင့်မြတ်သောသတ္တုများအဖြစ် ခွဲခြားနိုင်သည်။
1 တွင် 400 K ဖြင့် RDE glassy carbon probe ပေါ်တွင် တိုင်းတာသော (a) ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှင့် (ခ) ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏ လျှပ်တစ်ပြက် ဗို့တမ်မိုဂရမ်များနှင့် (ခ) ပါးလွှာသော ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှင့် XC-72R၊ M NaOH cf.
အုပ်စု I ရှိ Mn နှင့် Co ၏ တစ်ဦးချင်း သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များသည် -0.17 V နှင့် -0.19 V အသီးသီးရှိကြပြီး E1/2 တန်ဖိုးများသည် -0.24 နှင့် -0.26 V အကြားရှိကြသည်။ ဤသတ္တုအောက်ဆိုဒ်များ၏ လျော့ချတုံ့ပြန်မှုများကို ညီမျှခြင်းတွင်တင်ပြပါသည်။ .ပုံ (၁) နှင့် (၂) တွင် စတင်ခြင်းအလားအလာဘေးတွင် ပေါ်လာသည့်ပုံ။4a ညီမျှခြင်းရှိ ORR သွယ်ဝိုက်လမ်းကြောင်း၏ ပထမအဆင့် 2e ၏ စံအလားအလာနှင့် ကိုက်ညီသည်။(၃)။
တူညီသောအုပ်စုရှိ MnCo2O4 နှင့် NiCo2O4 ရောစပ်ထားသောသတ္တုအောက်ဆိုဒ်များသည် -0.10 နှင့် -0.12 V အသီးသီးရှိသော်လည်း E1/2 တန်ဖိုးများ 10.−0.23 ဗို့ခန့်ကို ထိန်းထားနိုင်သည်။
Group II ကာဗွန်ပစ္စည်းများသည် အုပ်စု I သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များထက် အပြုသဘောဆောင်သော E1/2 တန်ဖိုးများကို ပိုမိုပြသသည်။Graphene ပစ္စည်းတွင် ကနဦးအလားအလာ -0.07 V နှင့် E1/2 တန်ဖိုး -0.11 V ရှိပြီး ကနဦးအလားအလာနှင့် 72R Vulcan XC- ၏ E1/2 တို့မှာ -0.12V နှင့် -0.17V အသီးသီးရှိသည်။အုပ်စု III တွင်၊ 5 wt% Pt/C သည် 0.02 V တွင် အပြုသဘောဆောင်သော ကနဦးအလားအလာအရှိဆုံး၊ -0.055 V ၏ E1/2 နှင့် 4e လမ်းကြောင်း၏ လက်ရှိသိပ်သည်းဆမှတစ်ဆင့် အောက်ဆီဂျင်လျော့ချခြင်းတွင် အမြင့်ဆုံးကန့်သတ်ချက် -0.4 V တွင်ပြသခဲ့သည်၊ .၎င်းတွင် Pt/C ၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းမြင့်မားမှုနှင့် ORR တုံ့ပြန်မှု၏ နောက်ပြန်လှည့်နိုင်သော kinetics ကြောင့်လည်း အနိမ့်ဆုံး E1/2 လည်း ရှိပါသည်။
ပုံ S2a သည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းအမျိုးမျိုးအတွက် Tafel slope ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုကို တင်ပြသည်။5 wt.% Pt/C ၏ kinetically ထိန်းချုပ်ထားသော ဒေသသည် Hg/HgO နှင့် စပ်လျဉ်း၍ 0.02 V တွင် စတင်သည်၊ သတ္တုအောက်ဆိုဒ်နှင့် ကာဗွန်ဒြပ်ပစ္စည်းများ၏ ဒေသသည် -0.03 မှ -0.1 V အထိ အနုတ်လက္ခဏာ ဖြစ်နိုင်ချေများ အကွာအဝေးတွင် ရှိနေသည်။ လျှောစောက်တန်ဖိုး Tafel Pt/C အတွက် – 63.5 mV ss–1 ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် Pt အတွက် ပုံမှန် dE/d log i = –2.3 RT/F31.32 ဖြစ်ပြီး ၎င်းတွင် နှုန်းသတ်မှတ်ခြင်းအဆင့်တွင် physisorption မှ အောက်ဆီဂျင်သို့ ကူးပြောင်းခြင်း ပါဝင်ပါသည်။ ဓာတုဗေဒ စုပ်ယူမှု ၃၃၊၃၄။ကာဗွန်ပစ္စည်းများအတွက် Tafel လျှောစောက်တန်ဖိုးများသည် Pt/C (-60 မှ -70 mV div-1) ကဲ့သို့တူညီသောဒေသတွင်ရှိသည်)၊Co နှင့် Mn ၏ တစ်ဦးချင်း သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များ အစီရင်ခံစာအရ Tafel တောင်စောင်းများသည် -110 မှ -120 mV dec-1 ဖြစ်သည့် dE/d log i = -2.3 2RT/F ဖြစ်ပြီး၊ နှုန်းသတ်မှတ်ခြင်းအဆင့်သည် ပထမအီလက်ထရွန်ဖြစ်သည်။လွှဲပြောင်းခြင်း အဆင့် 35၊ 36။ ရောစပ်ထားသော သတ္တုအောက်ဆိုဒ် NiCo2O4 နှင့် MnCo2O4 အတွက် မှတ်တမ်းတင်ထားသော -170 mV dec-1 ခန့်သည် အောက်ဆိုဒ်၏မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် OH- နှင့် H2O အိုင်းယွန်းများ ရှိနေခြင်းကို ညွှန်ပြပြီး အောက်ဆီဂျင်စုပ်ယူမှုကို တားဆီးပေးပြီး၊ အီလက်ထရွန် လွှဲပြောင်းမှုကြောင့် အောက်ဆီဂျင်ကို ထိခိုက်စေသည်။လျှော့ချရေးလမ်း ၃၅။
Kutetsky-Levich (KL) ညီမျှခြင်းအား အစုလိုက်အပြုံလိုက် လွှဲပြောင်းခြင်းမရှိဘဲ အမျိုးမျိုးသော ဓာတ်ကူနမူနာများအတွက် အရွေ့တုံ့ပြန်မှုဘောင်များကို ဆုံးဖြတ်ရန် အသုံးပြုခဲ့သည်။ညီမျှခြင်း၌။(4) စုစုပေါင်းတိုင်းတာသောလက်ရှိသိပ်သည်းဆ j သည် အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းခြင်းနှင့် ဒြပ်ထုလွှဲပြောင်းခြင်း၏လက်ရှိသိပ်သည်းဆ၏ပေါင်းလဒ်ဖြစ်သည်။
ညီမျှခြင်းမှ။(5) ကန့်သတ်ထားသော လက်ရှိသိပ်သည်းဆ jL သည် လည်ပတ်အမြန်နှုန်း၏ နှစ်ထပ်ကိန်းနှင့် အချိုးကျပါသည်။ထို့ကြောင့် KL ညီမျှခြင်း။(၆) လမ်းဆုံအမှတ်မှာ jk ဖြစ်ပြီး ဂရပ်၏ လျှောစောက်သည် K ဖြစ်သည့် j−1 နှင့် ω−1//2 ၏မျဉ်းကြောင်းဂရပ်ကို ဖော်ပြသည်။
ν သည် electrolyte ၏ kinematic viscosity ဖြစ်ပြီး 1 M NaOH (1.1 × 10–2 cm2 s–1)37၊ D သည် 1 M NaOH တွင် O2 ၏ ပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်း (1.89 × 10–5 cm2 s–1)38, ω rpm သည် လည်ပတ်အမြန်နှုန်းဖြစ်ပြီး C သည် အစုလိုက်အမြောက်အများအတွင်း အောက်ဆီဂျင်ပါဝင်မှု (8.4 × 10–7 mol cm–3) 38 ဖြစ်သည်။
RDE ကို 100, 400, 900, 1600, နှင့် 2500 rpm တွင် RDE ကို အသုံးပြု၍ မျဉ်းဖြောင့်အတိုင်း သုတ်ထားသော voltammograms များကို စုဆောင်းပါ။ဓါတ်ကူပစ္စည်းအတွက် KL ပုံကြမ်း၊ ဥပမာ -j-1 နှင့် ω-1//2 (ပုံ။ S3a) တွင် အကန့်အသတ်ရှိသော အစုလိုက်အပြုံလိုက်လွှဲပြောင်းသည့်ဒေသတွင် တန်ဖိုးများကို -0.4 V မှ ယူထားသည်။ညီမျှခြင်းများကိုသုံးပါ။ညီမျှခြင်း (၆) နှင့် (၇) တွင်၊ ဒြပ်ထုလွှဲပြောင်းမှု jk ၏အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းမပြုဘဲ ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏စွမ်းဆောင်ရည်အညွှန်းကိန်းများကို y ဝင်ရိုးနှင့် အရေအတွက်နှင့် လမ်းဆုံအမှတ်ဖြင့် ဆုံးဖြတ်သည်။ အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းမှုများကို မျဉ်းကွေး၏ gradient K ဖြင့် ဆုံးဖြတ်သည်။၎င်းတို့ကို ဇယား ၂ တွင် ဖော်ပြထားပါသည်။
5 wt% Pt/C နှင့် XC-72R တွင် အနိမ့်ဆုံး ပကတိ jk တန်ဖိုးများ ရှိသည်၊ ဤပစ္စည်းများအတွက် ပိုမိုမြန်ဆန်သော kinetics များကို ညွှန်ပြသည်။သို့သော်၊ XC-72R မျဉ်းကွေး၏ လျှောစောက်သည် 5 wt% Pt/C အတွက် ခန့်မှန်းထားသည်၊ K သည် အောက်ဆီဂျင်လျော့ချသည့်တုံ့ပြန်မှုအတွင်း လွှဲပြောင်းပေးသည့် အီလက်ထရွန်အရေအတွက်ကို ညွှန်ပြသောကြောင့် မျှော်လင့်ရသည်။သီအိုရီအရ၊ 5 wt% Pt/C အတွက် KL ကြံစည်မှုသည် အကန့်အသတ်ရှိသော အစုလိုက်အပြုံလိုက် လွှဲပြောင်းမှုအခြေအနေများအောက်တွင် 39 မူလဇာစ်မြစ်ကို ဖြတ်သန်းသင့်သော်လည်း ရလဒ်များကို ထိခိုက်စေသော အရွေ့ သို့မဟုတ် ပျံ့နှံ့မှုဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို ပုံ S3a တွင် မတွေ့ရှိရပါ။Garsani et al ကြောင့်ဖြစ်နိုင်သည်။40 သည် Pt/C ဓာတ်ကူပစ္စည်းရုပ်ရှင်များ၏ topology နှင့် morphology တွင် သေးငယ်သောမညီညွှတ်မှုများသည် ORR လုပ်ဆောင်ချက်တန်ဖိုးများ၏ တိကျမှုကို ထိခိုက်စေနိုင်ကြောင်း ပြသထားသည်။သို့သော်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းရုပ်ရှင်အားလုံးကို တူညီသောနည်းဖြင့် ပြင်ဆင်ထားသောကြောင့်၊ နမူနာအားလုံးအတွက် ရလဒ်များအပေါ် မည်သည့်အကျိုးသက်ရောက်မှုမဆို တူညီသင့်သည်။≈ -0.13 mA-1 cm2 ၏ graphene သည် XC-72R နှင့် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သည်၊ သို့သော် N-doped graphene KL ဂရပ်အတွက် -0.20 mA-1 cm2 ဖြတ်ကျော်မှတ်သည် လက်ရှိသိပ်သည်းဆသည် ပိုကြီးသည်အပေါ်တွင် မူတည်သည် catalytic converter ပေါ်ရှိ ဗို့အား။graphene ၏ နိုက်ထရိုဂျင်ဆေးသည် အလုံးစုံလျှပ်စစ်စီးကူးနိုင်မှုကို လျော့နည်းစေပြီး အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းမှု အရွေ့ကိန်းကို နှေးကွေးစေသည့်အချက်ကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်။ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနှင့်၊ နိုက်ထရိုဂျင်ဆေးထည့်ထားသော graphene ၏ ပကတိ K တန်ဖိုးသည် ORR41,42 အတွက် ပိုမိုတက်ကြွသောဆိုဒ်များကို ဖန်တီးပေးသောကြောင့် graphene ထက်သေးငယ်ပါသည်။
မန်းဂနိစ်ကို အခြေခံထားသော အောက်ဆိုဒ်များအတွက်၊ အကြီးဆုံး ပကတိတန်ဖိုး၏ လမ်းဆုံအမှတ်ကို တွေ့ရှိရသည်မှာ - 0.57 mA-1 cm2 ဖြစ်သည်။မည်သို့ပင်ဆိုစေကာမူ MnOx ၏ ပကတိ K တန်ဖိုးသည် MnO2 ထက် များစွာနိမ့်ကျပြီး 5 wt % နီးပါးရှိသည်။%pt/C။အီလက်ထရွန်အပြောင်းအရွှေ့ နံပါတ်များကို အနီးစပ်ဆုံးဟု သတ်မှတ်ခဲ့သည်။MnOx သည် 4 ဖြစ်ပြီး MnO2 သည် 2 နှင့် နီးစပ်ပါသည်။ ၎င်းသည် α-MnO2 ORR လမ်းကြောင်းရှိ အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းမှုအရေအတွက်မှာ 4 ရှိကြောင်း အစီရင်ခံထားသည့် စာပေတွင်ဖော်ပြထားသောရလဒ်များနှင့် ကိုက်ညီပါသည်။ ထို့ကြောင့် β-MnO243 သည် ပုံမှန်အားဖြင့် 4 ထက်နည်းပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ORR လမ်းကြောင်းများသည် မန်းဂနိစ်အောက်ဆိုဒ်အပေါ်အခြေခံထားသော မတူညီသော polymorphic ဓာတ်ကူပစ္စည်းပုံစံများအတွက် ကွဲပြားသော်လည်း ဓာတုအဆင့်များ၏နှုန်းများမှာ ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် တူညီနေသေးသည်။အထူးသဖြင့်၊ MnOx နှင့် MnCo2O4 ဓာတ်ကူပစ္စည်းများတွင် အီလက်ထရွန် လွှဲပြောင်းမှု နံပါတ်များသည် 4 ထက် အနည်းငယ် ပိုမြင့်နေသောကြောင့် အဆိုပါ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများတွင် ပါရှိသည့် မန်းဂနိစ်အောက်ဆိုဒ်များ လျော့နည်းသွားခြင်းကြောင့် အောက်ဆီဂျင် လျော့နည်းသွားခြင်းနှင့်အတူ တစ်ပြိုင်နက် ဖြစ်ပေါ်ပါသည်။ယခင်အလုပ်တစ်ခုတွင်၊ မန်းဂနိစ်အောက်ဆိုဒ်၏ လျှပ်စစ်ဓာတ်အား လျှော့ချခြင်းသည် နိုက်ထရိုဂျင် ၂၈ ဖြင့် ပြည့်နှက်နေသော ဖြေရှင်းချက်တစ်ခုတွင် အောက်ဆီဂျင်လျှော့ချခြင်းနှင့် တူညီသော အလားအလာရှိသော အကွာအဝေးတွင် ဖြစ်ပေါ်သည်ကို တွေ့ရှိရပါသည်။ဘေးထွက်တုံ့ပြန်မှုများ၏ ပံ့ပိုးမှုသည် တွက်ချက်ထားသော အီလက်ထရွန် အရေအတွက် 4 ထက် အနည်းငယ်ပိုစေသည်။
Co3O4 ၏လမ်းဆုံသည် ≈ −0.48 mA-1 cm2 ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် မန်းဂနိစ်အောက်ဆိုဒ်ပုံစံနှစ်မျိုးထက် အနုတ်နည်းပြီး၊ ထင်ရှားသောအီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းနံပါတ်ကို K ၏တန်ဖိုး 2 နှင့်ညီမျှသောတန်ဖိုးဖြင့်ဆုံးဖြတ်သည်။ Ni တွင် NiCo2O4 နှင့် Mn ကို MnCo2O4 တွင်အစားထိုးခြင်း Co သည် ပကတိတန်ဖိုးများ K ကို ကျဆင်းသွားစေသည်။
ကာဗွန်အလွှာများကို လျှပ်စစ်စီးကူးနိုင်မှု တိုးမြှင့်ရန်နှင့် ဓာတ်ငွေ့ပျံ့နှံ့မှုလျှပ်ကူးပစ္စည်းတွင် သင့်လျော်သော သုံးဆင့်နယ်နိမိတ်ဖွဲ့စည်းမှုကို လွယ်ကူချောမွေ့စေရန် ORR ဓာတ်ကူမင်ကို ပေါင်းထည့်သည်။၎င်း၏စျေးနှုန်းချိုသာမှု၊ ကြီးမားသောမျက်နှာပြင်ဧရိယာ 250 m2·g-1 နှင့် 0.08 မှ 1 Ω·cm44.45 တို့ကြောင့် Vulcan-XC-72R ကို ရွေးချယ်ခဲ့သည်။400 rpm တွင် Vulcan XC-72R နှင့် ရောစပ်ထားသော ဓာတ်ကူနမူနာတစ်ခု၏ LSV ကွက်ကွက်ကို ပုံ 1. 4b တွင် ပြထားသည်။Vulcan XC-72R ပေါင်းထည့်ခြင်း၏ အထင်ရှားဆုံးအကျိုးသက်ရောက်မှုသည် အဆုံးစွန်သော လက်ရှိသိပ်သည်းဆကို တိုးမြင့်လာစေရန်ဖြစ်သည်။သတ္တုအောက်ဆိုဒ်တစ်ခုအတွက် 0.60 mA cm-2၊ ရောစပ်သတ္တုအောက်ဆိုဒ်အတွက် 0.40 mA cm-2 နှင့် graphene နှင့် doped graphene အတွက် 0.28 mA cm-2 နှင့် သတ္တုအောက်ဆိုဒ်များအတွက် ပိုသိသာထင်ရှားကြောင်း သတိပြုပါ။N. 0.05 mA cm-2 ထည့်ပါ။−၂။Vulcan XC-72R ၏ဓာတ်ကူပစ္စည်းမှင်သို့ထပ်ထည့်ခြင်းသည် စတင်ခြင်းအလားအလာနှင့် graphene မှလွဲ၍ ဓာတ်ကူပစ္စည်းအားလုံးအတွက် E1/2 လှိုင်းတစ်ဝက်အလားအလာကို အပြုသဘောဆောင်သောပြောင်းလဲမှုဖြစ်စေခဲ့သည်။ဤပြောင်းလဲမှုများသည် လျှပ်စစ်ဓာတု မျက်နှာပြင်ဧရိယာ အသုံးချမှု 46 နှင့် ပံ့ပိုးထားသော Vulcan XC-72R ဓာတ်ကူပစ္စည်းပေါ်ရှိ ဓာတ်ကူအမှုန်များကြား အဆက်အသွယ် 47 တိုးလာခြင်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်။
ဤဓာတ်ကူပစ္စည်းအရောအနှောများအတွက် သက်ဆိုင်ရာ Tafel ကွက်များနှင့် အရွေ့ဘောင်များကို ပုံ S2b နှင့် ဇယား 3 တွင် အသီးသီးပြသထားသည်။Tafel လျှောစောက်တန်ဖိုးများသည် MnOx နှင့် XC-72R မပါရှိဘဲ MnOx နှင့် graphene ပစ္စည်းများအတွက် တူညီပြီး ၎င်းတို့၏ ORR လမ်းကြောင်းများကို ထိခိုက်ခြင်းမရှိကြောင်း ညွှန်ပြသည်။သို့သော်၊ ကိုဘော့အခြေခံအောက်ဆိုဒ် Co3O4၊ NiCo2O4 နှင့် MnCo2O4 တို့သည် -68 နှင့် -80 mV dec-1 အကြား XC-72R နှင့်ပေါင်းပြီး ORR လမ်းကြောင်းပြောင်းခြင်းကို ညွှန်ပြသော အနုတ် Tafel လျှောစောက်တန်ဖိုးများကို သေးငယ်စေသည်။ပုံ S3b သည် Vulcan XC-72R နှင့် ပေါင်းစပ်ထားသော ဓာတ်ကူနမူနာအတွက် KL ကွက်ကွက်ကို ပြသည်။ယေဘူယျအားဖြင့် XC-72R နှင့် ရောစပ်ထားသော ဓာတ်ကူပစ္စည်းအားလုံးအတွက် jk ၏ ပကတိတန်ဖိုးများ ကျဆင်းသွားသည်ကို တွေ့ရှိရသည်။MnOx သည် jk ၏ ပကတိတန်ဖိုး 55 mA-1 cm2 ဖြင့် အကြီးမားဆုံး ကျဆင်းမှုကို ပြသခဲ့ပြီး NiCo2O4 သည် 32 mA-1 cm-2 ဖြင့် လျော့ကျသွားကာ graphene သည် 5 mA-1 cm2 ဖြင့် အသေးငယ်ဆုံးကျဆင်းမှုကို ပြသခဲ့သည်။ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏စွမ်းဆောင်ရည်အပေါ် Vulcan XC-72R ၏အကျိုးသက်ရောက်မှုသည် OVR ၏စည်းကမ်းချက်များအရ ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏ကနဦးလုပ်ဆောင်ချက်ကြောင့် ကန့်သတ်ထားသည်ဟု ကောက်ချက်ချနိုင်သည်။
Vulcan XC-72R သည် NiCo2O4၊ MnCo2O4၊ graphene နှင့် nitrogen-doped graphene တို့၏ K တန်ဖိုးများကို မထိခိုက်စေပါ။သို့သော်၊ ORR မှလွှဲပြောင်းပေးပို့သော အီလက်ထရွန်အရေအတွက် တိုးလာမှုကို ညွှန်ပြသော Vulcan XC-72R ၏ထပ်တိုးမှုနှင့်အတူ Co3O4 ၏ K တန်ဖိုးသည် သိသိသာသာကျဆင်းသွားသည်။ကာဗွန်အစိတ်အပိုင်းများနှင့်အတူ Co3O4 ၏ပူးတွဲချိတ်ဆက်မှုကို refs တွင်အစီရင်ခံထားသည်။48၊ 49။ ကာဗွန်ပံ့ပိုးမှုမရှိပါက Co3O4 သည် Co3O4 ၏ အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းမှု နံပါတ် 2 နှင့် ကောင်းမွန်သောသဘောတူညီချက်အရ HO2- မှ O2 နှင့် OH-50.51 အချိုးအစားမညီမျှခြင်းကို မြှင့်တင်ရန် တွေးဆထားသည်။ ထို့ကြောင့်၊ Co3O4 ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏မျက်နှာပြင်နှင့် Vulcan XC-72R (ညီမျှခြင်း 1) နှင့် HO2 – လျင်မြန်စွာအချိုးအစားမညီသော လျင်မြန်စွာအချိုးကျသော 2 + 2 အီလက်ထရွန် ORR လမ်းကြောင်း 52 တွင် Co3O4 ၏ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာစုပ်ယူမှုအား ထုတ်ပေးရန်မျှော်လင့်ရသည်။ သတ္တုအောက်ဆိုဒ်သည် မျက်နှာပြင်ကို O2 အဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲပြီးနောက် လျှပ်စီးကြောင်းကို ဖြတ်တောက်သည်။
ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့်၊ K MnOx ၏ ပကတိတန်ဖိုးသည် Vulcan XC-72R ၏ထပ်တိုးမှုနှင့်အတူ တိုးလာသည်၊ ၎င်းသည် အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းမှုနံပါတ် 4.6 မှ 3.3 (ဇယား 3) တွင် ကျဆင်းသွားခြင်းကိုကိုယ်စားပြုသည်။၎င်းမှာ အဆင့်နှစ်ဆင့်ရှိသော အီလက်ထရွန်လမ်းကြောင်းအတွက် ကာဗွန်ဓာတ်ကူပစ္စည်းပေါင်းစပ်တွင် ဆိုဒ်နှစ်ခုရှိနေခြင်းကြောင့်ဖြစ်သည်။O2 မှ HO2- ၏ကနဦးလျှော့ချမှုသည် ကာဗွန်ပံ့ပိုးမှုများတွင် ပိုမိုလွယ်ကူစွာဖြစ်ပေါ်ပြီး ORR53 ၏ အီလက်ထရွန်လမ်းကြောင်းနှစ်ခုအတွက် အနည်းငယ်ပို၍ဦးစားပေးမှုဖြစ်စေသည်။
ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏တည်ငြိမ်မှုကို လက်ရှိသိပ်သည်းဆအကွာအဝေးရှိ GDE တစ်ဝက်ဆဲလ်တွင် အကဲဖြတ်ခဲ့သည်။သဖန်းသီးပေါ်မှာ။5 သည် GDE MnOx၊ MnCo2O4၊ NiCo2O4၊ graphene နှင့် nitrogen-doped graphene အတွက် ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော အချိန်ကွက်များကို ပြသသည်။MnOx သည် ကောင်းမွန်သော အလုံးစုံတည်ငြိမ်မှုနှင့် ORR စွမ်းဆောင်ရည်ကို အနိမ့်နှင့် မြင့်မားသော လက်ရှိသိပ်သည်းဆများတွင် ပြသပြီး ၎င်းသည် နောက်ထပ် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ရန် သင့်လျော်သည်ဟု အကြံပြုထားသည်။
1 M NaOH၊ 333 K၊ O2 စီးဆင်းမှုနှုန်း 200 cm3/min တွင် လက်ရှိ 10 မှ 100 mA/cm2 တွင် HDE နမူနာများ၏ Chronopotentiometry။
MnCo2O4 သည် လက်ရှိသိပ်သည်းဆအကွာအဝေးတစ်လျှောက်တွင် ကောင်းမွန်သော ORR တည်ငြိမ်မှုကို ထိန်းသိမ်းထားပုံပေါ်သော်လည်း 50 နှင့် 100 mA cm-2 ၏ မြင့်မားသောလက်ရှိသိပ်သည်းဆမှာ MnCo2O4 နှင့် MnOx ကဲ့သို့ မစွမ်းဆောင်နိုင်သည်ကို သတိပြုမိသည်။Graphene GDE သည် စမ်းသပ်ထားသော လက်ရှိသိပ်သည်းဆအကွာအဝေးထက် အနိမ့်ဆုံး ORR စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြသပြီး 100 mA cm-2 တွင် စွမ်းဆောင်ရည် လျင်မြန်စွာ ကျဆင်းသွားကြောင်း ပြသသည်။ထို့ကြောင့်၊ ရွေးချယ်ထားသော စမ်းသပ်မှုအခြေအနေများအောက်တွင်၊ Zn-air ဒုတိယစနစ်တွင် နောက်ထပ်စမ်းသပ်မှုများအတွက် MnOx GDE ကို ရွေးချယ်ခဲ့သည်။