Nature.com 'ਤੇ ਜਾਣ ਲਈ ਤੁਹਾਡਾ ਧੰਨਵਾਦ।ਤੁਸੀਂ ਸੀਮਤ CSS ਸਮਰਥਨ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਬ੍ਰਾਊਜ਼ਰ ਸੰਸਕਰਣ ਵਰਤ ਰਹੇ ਹੋ।ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਅਨੁਭਵ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਸਿਫ਼ਾਰਿਸ਼ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਤੁਸੀਂ ਇੱਕ ਅੱਪਡੇਟ ਕੀਤੇ ਬ੍ਰਾਊਜ਼ਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰੋ (ਜਾਂ ਇੰਟਰਨੈੱਟ ਐਕਸਪਲੋਰਰ ਵਿੱਚ ਅਨੁਕੂਲਤਾ ਮੋਡ ਨੂੰ ਅਯੋਗ ਕਰੋ)।ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਨਿਰੰਤਰ ਸਮਰਥਨ ਨੂੰ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਸਟਾਈਲ ਅਤੇ JavaScript ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਸਾਈਟ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਾਂ।
ਪ੍ਰਤੀ ਸਲਾਈਡ ਤਿੰਨ ਲੇਖ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹੋਏ ਸਲਾਈਡਰ।ਸਲਾਈਡਾਂ ਵਿੱਚ ਜਾਣ ਲਈ ਪਿੱਛੇ ਅਤੇ ਅਗਲੇ ਬਟਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰੋ, ਜਾਂ ਹਰ ਇੱਕ ਸਲਾਈਡ ਵਿੱਚ ਜਾਣ ਲਈ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਸਲਾਈਡ ਕੰਟਰੋਲਰ ਬਟਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰੋ।
ਸੈਕੰਡਰੀ Zn-ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ ਲਈ ਕੁਸ਼ਲ, ਸਸਤੀ ਅਤੇ ਟਿਕਾਊ ਆਕਸੀਜਨ ਰਿਡਕਸ਼ਨ ਰਿਐਕਸ਼ਨ (ORR) ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੇਟਲਿਸਟਸ ਬਹੁਤ ਮਹੱਤਵ ਰੱਖਦੇ ਹਨ।ਸਿੰਗਲ ਅਤੇ ਮਿਕਸਡ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ ਅਤੇ ਕਾਰਬਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਸਟਸ ਦੀ ORR ਗਤੀਵਿਧੀ ਦੀ ਰੋਟੇਟਿੰਗ ਡਿਸਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (RDE) ਮਾਪ, ਟੈਫੇਲ ਢਲਾਣਾਂ, ਅਤੇ ਕੁਟੇਟਸਕੀ-ਲੇਵਿਚ ਪਲਾਟਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।ਇਹ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ MnOx ਅਤੇ XC-72R ਦਾ ਸੁਮੇਲ 100 mA cm-2 ਤੱਕ ਉੱਚ PBP ਗਤੀਵਿਧੀ ਅਤੇ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ।ਚੁਣੇ ਗਏ ORR ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਅਤੇ ਪਹਿਲਾਂ ਅਨੁਕੂਲਿਤ ਆਕਸੀਜਨ ਈਵੇਲੂਸ਼ਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ (OER) ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਨੂੰ ਫਿਰ ਇੱਕ ਕਸਟਮ-ਬਿਲਟ ਸੈਕੰਡਰੀ ਜ਼ਿੰਕ-ਏਅਰ ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ ਸੰਰਚਨਾ ਵਿੱਚ ਟੈਸਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਮੋਲਰਿਟੀ, ਤਾਪਮਾਨ, ਆਕਸੀਜਨ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਸਨ। ਵੀ ਟੈਸਟ ਕੀਤਾ.ORR ਅਤੇ OER ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ.ਅੰਤ ਵਿੱਚ, ਸੈਕੰਡਰੀ ਜ਼ਿੰਕ-ਏਅਰ ਸਿਸਟਮ ਦੀ ਟਿਕਾਊਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕੀਤਾ ਗਿਆ, 40 ਘੰਟਿਆਂ ਲਈ 333 K 'ਤੇ 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ਵਿੱਚ 20 mA cm-2 'ਤੇ 58-61% ਦੀ ਊਰਜਾ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ।
ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਸ ਵਾਲੀਆਂ ਧਾਤੂ-ਹਵਾ ਦੀਆਂ ਬੈਟਰੀਆਂ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਹੀ ਆਕਰਸ਼ਕ ਸਿਸਟਮ ਮੰਨਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਐਕਟਿਵ ਸਮੱਗਰੀ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਆਲੇ ਦੁਆਲੇ ਦੇ ਵਾਯੂਮੰਡਲ ਤੋਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਸਟੋਰੇਜ ਦੀ ਲੋੜ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।ਇਹ ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਨੂੰ ਅਸੀਮਤ ਸਮਰੱਥਾ ਰੱਖਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦੇ ਕੇ ਸਿਸਟਮ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਨੂੰ ਸਰਲ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਸਿਸਟਮ ਦੀ ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ।ਇਸ ਲਈ, ਐਨੋਡ ਸਮੱਗਰੀ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਲਿਥੀਅਮ, ਐਲੂਮੀਨੀਅਮ, ਆਇਰਨ, ਜ਼ਿੰਕ ਅਤੇ ਮੈਗਨੀਸ਼ੀਅਮ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਧਾਤ-ਹਵਾਈ ਬੈਟਰੀਆਂ ਆਪਣੀ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਸਮਰੱਥਾ ਦੇ ਕਾਰਨ ਉੱਭਰੀਆਂ ਹਨ।ਉਹਨਾਂ ਵਿੱਚੋਂ, ਜ਼ਿੰਕ ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ ਲਾਗਤ, ਸੁਰੱਖਿਆ ਅਤੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਮਿੱਤਰਤਾ ਲਈ ਮਾਰਕੀਟ ਦੀ ਮੰਗ ਨੂੰ ਪੂਰਾ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਸਮਰੱਥ ਹਨ, ਕਿਉਂਕਿ ਜ਼ਿੰਕ ਵਿੱਚ ਐਨੋਡ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਬਹੁਤ ਸਾਰੀਆਂ ਫਾਇਦੇਮੰਦ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਹਨ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਜਲਮਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ, ਉੱਚ ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ, ਅਤੇ ਘੱਟ ਸੰਤੁਲਨ।ਸੰਭਾਵੀ।, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਰਿਵਰਸਬਿਲਟੀ, ਚੰਗੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਲਕਤਾ, ਭਰਪੂਰਤਾ ਅਤੇ ਸੰਭਾਲਣ ਦੀ ਸੌਖ 4,5।ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਪ੍ਰਾਇਮਰੀ ਜ਼ਿੰਕ ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵਪਾਰਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀਆਂ ਜਾਂਦੀਆਂ ਹਨ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸੁਣਨ ਵਾਲੇ ਸਾਧਨ, ਰੇਲਵੇ ਸਿਗਨਲ ਅਤੇ ਨੈਵੀਗੇਸ਼ਨ ਲਾਈਟਾਂ, ਸੈਕੰਡਰੀ ਜ਼ਿੰਕ ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਲਿਥੀਅਮ-ਅਧਾਰਿਤ ਬੈਟਰੀਆਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਉੱਚ ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।ਇਹ ਪੋਰਟੇਬਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਵਾਹਨਾਂ, ਗਰਿੱਡ-ਸਕੇਲ ਊਰਜਾ ਸਟੋਰੇਜ ਅਤੇ ਨਵਿਆਉਣਯੋਗ ਊਰਜਾ ਉਤਪਾਦਨ 6,7 ਵਿੱਚ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਜ਼ਿੰਕ ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ 'ਤੇ ਖੋਜ ਨੂੰ ਜਾਰੀ ਰੱਖਣਾ ਲਾਭਦਾਇਕ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਮੁੱਖ ਉਦੇਸ਼ਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਹਵਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ 'ਤੇ ਆਕਸੀਜਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨਾ ਹੈ, ਅਰਥਾਤ ਆਕਸੀਜਨ ਰਿਡਕਸ਼ਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ (ORR) ਅਤੇ ਆਕਸੀਜਨ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ (OER), ਸੈਕੰਡਰੀ Zn-ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ ਦੇ ਵਪਾਰੀਕਰਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਲਈ।ਇਸ ਲਈ, ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੀ ਦਰ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਕੁਸ਼ਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੇਟਲਿਸਟਸ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ।ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਦੋ-ਪੱਖੀ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਵਾਲੇ ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਦਾ ਸਾਹਿਤ 8,9,10 ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਵਰਣਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।ਹਾਲਾਂਕਿ ਬਾਇਫੰਕਸ਼ਨਲ ਕੈਟਾਲਿਸਟ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਬਣਤਰ ਨੂੰ ਸਰਲ ਬਣਾ ਸਕਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੁਕਸਾਨ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ ਉਤਪਾਦਨ ਲਾਗਤਾਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਅਭਿਆਸ ਵਿੱਚ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਜੋ ORR ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਅਨੁਕੂਲ ਹਨ ਅਕਸਰ OER ਲਈ ਢੁਕਵੇਂ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਉਲਟ 11.ਸੰਚਾਲਨ ਸੰਭਾਵੀ ਵਿੱਚ ਇਹ ਅੰਤਰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨੂੰ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸ਼੍ਰੇਣੀ ਦੇ ਸੰਪਰਕ ਵਿੱਚ ਆਉਣ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਸਮੇਂ ਦੇ ਨਾਲ ਇਸਦੀ ਸਤਹ ਬਣਤਰ ਨੂੰ ਬਦਲ ਸਕਦਾ ਹੈ।ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਇੰਟਰਮੀਡੀਏਟ ਬਾਈਡਿੰਗ ਊਰਜਾਵਾਂ ਦੀ ਆਪਸੀ ਨਿਰਭਰਤਾ ਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਕਿ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ 'ਤੇ ਸਰਗਰਮ ਸਾਈਟਾਂ ਹਰੇਕ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਲਈ ਵੱਖਰੀਆਂ ਹੋ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ, ਜੋ ਅਨੁਕੂਲਨ ਨੂੰ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਬਣਾ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।
ਸੈਕੰਡਰੀ Zn-ਏਅਰ ਬੈਟਰੀਆਂ ਲਈ ਇੱਕ ਹੋਰ ਵੱਡੀ ਸਮੱਸਿਆ ਆਕਸੀਜਨ ਦਾ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਹੈਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ, ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਕਿਉਂਕਿ ORR ਅਤੇ OER ਲਈ ਮੋਨੋਫੰਕਸ਼ਨਲ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮੀਡੀਆ ਵਿੱਚ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ।ਆਕਸੀਜਨ ਗੈਸ ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਥਾਨਾਂ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੋਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦੇਣ ਲਈ ORR ਗੈਸ ਫੈਲਣ ਦੀ ਪਰਤ ਹਾਈਡ੍ਰੋਫੋਬਿਕ ਹੋਣੀ ਚਾਹੀਦੀ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ OER ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸਤਹ ਆਕਸੀਜਨ ਦੇ ਬੁਲਬੁਲੇ ਨੂੰ ਹਟਾਉਣ ਦੀ ਸਹੂਲਤ ਲਈ ਹਾਈਡ੍ਰੋਫਿਲਿਕ ਹੋਣੀ ਚਾਹੀਦੀ ਹੈ।ਅੰਜੀਰ 'ਤੇ.1 Jorissen12 ਦੁਆਰਾ ਸਮੀਖਿਆ ਤੋਂ ਲਏ ਗਏ ਤਿੰਨ ਆਮ ਸੈਕੰਡਰੀ ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਅਰਥਾਤ (i) ਦੋ-ਪੱਖੀ ਮੋਨੋਲੇਅਰ ਕੈਟਾਲਿਸਟਸ, (ii) ਡਬਲ ਜਾਂ ਮਲਟੀਲੇਅਰ ਕੈਟਾਲਿਸਟਸ, ਅਤੇ (iii) ਟ੍ਰਿਪਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸੰਰਚਨਾਵਾਂ।
ਪਹਿਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਡਿਜ਼ਾਇਨ ਲਈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸਿਰਫ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਲੇਅਰ ਬਾਇਫੰਕਸ਼ਨਲ ਕੈਟਾਲਿਸਟ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜੋ ਇੱਕੋ ਸਮੇਂ ORR ਅਤੇ OER ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੇਕਰ ਇੱਕ ਝਿੱਲੀ ਇਸ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਵਿੱਚ ਸ਼ਾਮਲ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਇੱਕ ਝਿੱਲੀ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ ਅਸੈਂਬਲੀ (MEA) ਬਣ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।ਦੂਜੀ ਕਿਸਮ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਜ਼ੋਨਾਂ 13,14,15 ਵਿੱਚ ਅੰਤਰ ਲਈ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਪੋਰੋਸਿਟੀ ਅਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਫੋਬਿਸੀਟੀ ਵਾਲੇ ਦੋ (ਜਾਂ ਵੱਧ) ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਬੈੱਡ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ।ਕੁਝ ਮਾਮਲਿਆਂ ਵਿੱਚ, ਦੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਬੈੱਡਾਂ ਨੂੰ ਵੱਖ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, OER ਦਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਫਿਲਿਕ ਪਾਸਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰ ਰਿਹਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ORR ਦਾ ਅਰਧ-ਹਾਈਡ੍ਰੋਫੋਬਿਕ ਪਾਸਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਸ 16, 17, 18 ਦੇ ਖੁੱਲੇ ਸਿਰੇ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਸੈੱਲ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਦੋ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ- ਖਾਸ ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਇੱਕ ਜ਼ਿੰਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ 19,20.ਸਾਰਣੀ S1 ਹਰੇਕ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਦੇ ਫਾਇਦਿਆਂ ਅਤੇ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਨੂੰ ਸੂਚੀਬੱਧ ਕਰਦੀ ਹੈ।
ORR ਅਤੇ OER ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਵੱਖ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਨੂੰ ਲਾਗੂ ਕਰਨ ਨੇ ਪਹਿਲਾਂ ਸੁਧਾਰੀ ਹੋਈ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਸਥਿਰਤਾ 19 ਦਿਖਾਈ ਹੈ।ਇਹ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਤੌਰ 'ਤੇ ਤਿੰਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸੰਰਚਨਾ ਲਈ ਸੱਚ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਅਸਥਿਰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਅਤੇ ਸਹਿ-ਯੋਜਕਾਂ ਦੀ ਗਿਰਾਵਟ ਨੂੰ ਘੱਟ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਆਊਟਗੈਸਿੰਗ ਪੂਰੀ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।ਇਹਨਾਂ ਕਾਰਨਾਂ ਕਰਕੇ, ਅਸੀਂ ਇਸ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ Zn-ਏਅਰ ਸੰਰਚਨਾ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਹੈ।
ਇਸ ਲੇਖ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਰੋਟੇਟਿੰਗ ਡਿਸਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (RDE) ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨਾਲ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਪਰਿਵਰਤਨ ਧਾਤੂ ਆਕਸਾਈਡਾਂ, ਕਾਰਬੋਨੇਸੀਅਸ ਸਮੱਗਰੀਆਂ, ਅਤੇ ਹਵਾਲਾ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਕਰਕੇ ਉੱਚ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ORR ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਚੋਣ ਕਰਦੇ ਹਾਂ।ਪਰਿਵਰਤਨ ਧਾਤੂ ਆਕਸਾਈਡ ਆਪਣੇ ਵੱਖੋ-ਵੱਖਰੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਅਵਸਥਾਵਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਚੰਗੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਸਟ ਹੁੰਦੇ ਹਨ;ਇਹਨਾਂ ਮਿਸ਼ਰਣਾਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਵਧੇਰੇ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਉਤਪ੍ਰੇਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ21।ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡ, ਕੋਬਾਲਟ ਆਕਸਾਈਡ, ਅਤੇ ਕੋਬਾਲਟ-ਆਧਾਰਿਤ ਮਿਸ਼ਰਤ ਆਕਸਾਈਡ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ NiCo2O4 ਅਤੇ MnCo2O4) 22,23,24 ਆਪਣੇ ਅੱਧੇ ਭਰੇ ਹੋਏ d-ਔਰਬਿਟਲਾਂ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਊਰਜਾ ਦੇ ਪੱਧਰਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਅਲਕਲੀਨ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਧੀਆ ORR ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ ਜੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਲਈ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦੇ ਹਨ। ਕੰਮ ਅਤੇ ਸੁਧਾਰ ਕੱਟਣ ਦੇ ਆਰਾਮ.ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਉਹ ਵਾਤਾਵਰਣ ਵਿੱਚ ਵਧੇਰੇ ਭਰਪੂਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਸਵੀਕਾਰਯੋਗ ਬਿਜਲਈ ਚਾਲਕਤਾ, ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ ਅਤੇ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ ਰੱਖਦੇ ਹਨ।ਇਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਉੱਚ ਬਿਜਲਈ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਵੱਡੇ ਸਤਹ ਖੇਤਰ ਦੇ ਫਾਇਦੇ ਹੋਣ ਕਰਕੇ, ਕਾਰਬੋਨੇਸੀਅਸ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।ਕੁਝ ਮਾਮਲਿਆਂ ਵਿੱਚ, ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ, ਬੋਰਾਨ, ਫਾਸਫੋਰਸ, ਅਤੇ ਗੰਧਕ ਵਰਗੇ ਹੇਟਰੋਐਟਮਾਂ ਨੂੰ ਇਸਦੀ ਬਣਤਰ ਨੂੰ ਸੋਧਣ ਲਈ ਕਾਰਬਨ ਵਿੱਚ ਪੇਸ਼ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ, ਇਹਨਾਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀਆਂ ਓਆਰਆਰ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਵਿੱਚ ਹੋਰ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਨਤੀਜਿਆਂ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, ਅਸੀਂ ਗੈਸ ਡਿਫਿਊਜ਼ਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਜ਼ (GDE) ਵਿੱਚ ਚੁਣੇ ਹੋਏ OVR ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਨੂੰ ਸ਼ਾਮਲ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾਵਾਂ 'ਤੇ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ।ਸਭ ਤੋਂ ਕੁਸ਼ਲ ORR GDE ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨੂੰ ਫਿਰ ਸਾਡੀ ਕਸਟਮ ਥ੍ਰੀ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ ਸੈਕੰਡਰੀ Zn-ਏਅਰ ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਸਾਡੇ ਪਿਛਲੇ ਕੰਮ26,27 ਵਿੱਚ ਅਨੁਕੂਲਿਤ ਪ੍ਰਤੀਕਰਮ-ਵਿਸ਼ੇਸ਼ OER ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਸ ਦੇ ਨਾਲ ਇਕੱਠਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਮੋਲਰਿਟੀ, ਸੈੱਲ ਓਪਰੇਟਿੰਗ ਤਾਪਮਾਨ, ਅਤੇ ਆਕਸੀਜਨ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਵਰਗੀਆਂ ਓਪਰੇਟਿੰਗ ਸਥਿਤੀਆਂ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ ਨਿਰੰਤਰ ਡਿਸਚਾਰਜ ਅਤੇ ਚਾਰਜ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਦੌਰਾਨ ਵਿਅਕਤੀਗਤ ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਦੀਆਂ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਦੀ ਨਿਗਰਾਨੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।ਅੰਤ ਵਿੱਚ, Zn-ਏਅਰ ਸੈਕੰਡਰੀ ਬੈਟਰੀਆਂ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਸਰਵੋਤਮ ਓਪਰੇਟਿੰਗ ਹਾਲਤਾਂ ਵਿੱਚ ਨਿਰੰਤਰ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।
MnOx28 ਨੂੰ ਰਸਾਇਣਕ ਰੀਡੌਕਸ ਵਿਧੀ ਦੁਆਰਾ ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ: 0.04 M KMnO4 ਘੋਲ (ਫਿਸ਼ਰ ਸਾਇੰਟਿਫਿਕ, 99%) ਦੇ 50 ਮਿਲੀਲੀਟਰ ਨੂੰ 0.03 M Mn(CH3COO)2 (ਫਿਸ਼ਰ ਸਾਇੰਟਿਫਿਕ, 98%) ਦੇ 100 ਮਿ.ਲੀ. ਵਿੱਚ ਜੋੜਿਆ ਗਿਆ ਸੀ ਤਾਂ ਜੋ ਇੱਕ ਭੂਰੇ ਰੰਗ ਦਾ ਪ੍ਰਸਾਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ।ਮਿਸ਼ਰਣ ਨੂੰ ਪਤਲੇ ਸੋਡੀਅਮ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ ਦੇ ਨਾਲ pH 12 ਵਿੱਚ ਐਡਜਸਟ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਫਿਰ 2500 rpm 'ਤੇ 3-5 ਵਾਰ ਸੈੰਟਰੀਫਿਊਜ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ ਪ੍ਰਸਾਰ ਨੂੰ ਇਕੱਠਾ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ।ਪਰਮੇਂਗਨੇਟ ਆਇਨ ਦਾ ਜਾਮਨੀ ਰੰਗ ਗਾਇਬ ਹੋਣ ਤੱਕ ਪਰੀਪੀਟੇਟ ਨੂੰ ਡੀਓਨਾਈਜ਼ਡ ਪਾਣੀ ਨਾਲ ਧੋਤਾ ਜਾਂਦਾ ਸੀ।ਅੰਤ ਵਿੱਚ, ਡਿਪਾਜ਼ਿਟ ਨੂੰ ਰਾਤੋ-ਰਾਤ 333 K 'ਤੇ ਹਵਾ ਨਾਲ ਸੁਕਾਇਆ ਗਿਆ ਅਤੇ ਫਿਰ ਪਲਵਰਾਈਜ਼ ਕੀਤਾ ਗਿਆ।
ਸਪਿਨਲ ਆਕਸਾਈਡ Co3O4, NiCo2O4, ਅਤੇ MnCo2O4 ਥਰਮਲ ਸੜਨ ਦੁਆਰਾ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਿਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ।NiCo2O4 ਅਤੇ MnCo2O4 ਨੂੰ 0.5 M (14.5 g) ਨਿਕਲ (II) ਨਾਈਟ੍ਰੇਟ ਹੈਕਸਾਹਾਈਡ੍ਰੇਟ, Ni(NO3)2⋅6H2O (ਫਿਸ਼ਰ ਸਾਇੰਟਿਫਿਕ, 99.9%) ਜਾਂ 0.5 M (12.6 g) ਟੈਟਰਾਹਾਈਡ੍ਰੇਟ ਮੈਂਗਨੀਜ਼ (MInNO) ਜੋੜ ਕੇ ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ).)2 4H2O (ਸਿਗਮਾ ਐਲਡਰਿਕ, ≥ 97%) ਅਤੇ 1 M (29.1 g) ਕੋਬਾਲਟ (II) ਨਾਈਟ੍ਰੇਟ ਹੈਕਸਾਹਾਈਡਰੇਟ, Co(NO3)2 6H2O (ਫਿਸ਼ਰ ਸਾਇੰਟਿਫਿਕ, 98+%, ACS ਰੀਐਜੇਂਟ) ਮੇਥੇਨੌਲ (ਫਿਸ਼ਰ ਸਾਇੰਟਿਫਿਕ.9%, ) 100 ml dilution ਸ਼ੀਸ਼ੀਆਂ ਵਿੱਚ.ਮਿਥੇਨੌਲ ਨੂੰ ਇੱਕ ਸਮਾਨ ਘੋਲ ਪ੍ਰਾਪਤ ਹੋਣ ਤੱਕ ਲਗਾਤਾਰ ਹਿਲਾਉਂਦੇ ਹੋਏ ਪਰਿਵਰਤਨ ਮੈਟਲ ਨਾਈਟ੍ਰੇਟ ਵਿੱਚ ਛੋਟੇ ਹਿੱਸਿਆਂ ਵਿੱਚ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।ਘੋਲ ਨੂੰ ਫਿਰ ਇੱਕ ਕਰੂਸੀਬਲ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਅਤੇ ਇੱਕ ਗਰਮ ਪਲੇਟ 'ਤੇ ਗਰਮ ਕੀਤਾ ਗਿਆ, ਇੱਕ ਗੂੜ੍ਹਾ ਲਾਲ ਠੋਸ ਛੱਡਿਆ ਗਿਆ।ਠੋਸ ਨੂੰ ਹਵਾ ਵਿੱਚ 20 ਘੰਟੇ ਲਈ 648 K 'ਤੇ ਕੈਲਸੀਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਠੋਸ ਨੂੰ ਫਿਰ ਇੱਕ ਬਰੀਕ ਪਾਊਡਰ ਵਿੱਚ ਪੀਸਿਆ ਗਿਆ।Co3O4 ਦੇ ਸੰਸਲੇਸ਼ਣ ਦੌਰਾਨ ਕੋਈ Ni(NO3)2 6H2O ਜਾਂ Mn(NO3)2 4H2O ਸ਼ਾਮਲ ਨਹੀਂ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।
300 m2/g (ਸਿਗਮਾ ਐਲਡਰਿਕ), ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ (ਸਿਗਮਾ ਐਲਡਰਿਕ), ਕਾਰਬਨ ਬਲੈਕ ਪਾਊਡਰ (ਵਲਕਨ XC-72R, ਕੈਬੋਟ ਕਾਰਪੋਰੇਸ਼ਨ, 100%), MnO2 (ਸਿਗਮਾ ਐਲਡਰਿਕ) ਅਤੇ 5 wt.% Pt/C (Acros Organics) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।
RDE (ਪਾਈਨ ਰਿਸਰਚ ਇੰਸਟਰੂਮੈਂਟੇਸ਼ਨ) ਮਾਪਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ 1 M NaOH ਵਿੱਚ ਵੱਖ-ਵੱਖ ORR ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੀ ਗਤੀਵਿਧੀ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।ਇੱਕ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਿਆਹੀ ਜਿਸ ਵਿੱਚ 1 ਮਿਲੀਗ੍ਰਾਮ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ + 1 ਮਿਲੀਲੀਟਰ ਡੀਓਨਾਈਜ਼ਡ (DI) H2O + 0.5 ml ਆਈਸੋਪ੍ਰੋਪਾਨੋਲ (IPA) + 5 μl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।ਜਦੋਂ ਵੁਲਕਨ XC-72R ਨੂੰ ਜੋੜਿਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਇਕਸਾਰ ਸਮੱਗਰੀ ਲੋਡਿੰਗ ਨੂੰ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪੇਂਟ ਵਿੱਚ 0.5 mg ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 ml DI HO + 0.5 ml IPA + 5 μl 5 wt% Nafion 117 ਸ਼ਾਮਲ ਸੀ।ਮਿਸ਼ਰਣ ਨੂੰ 20 ਮਿੰਟਾਂ ਲਈ ਸੋਨਿਕ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ 4 ਮਿੰਟਾਂ ਲਈ 28,000 rpm 'ਤੇ ਕੋਲ-ਪਰਮਰ ਲੈਬਜੇਨ 7 ਸੀਰੀਜ਼ ਦੇ ਹੋਮੋਜਨਾਈਜ਼ਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਸਮਰੂਪ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਫਿਰ ਸਿਆਹੀ ਨੂੰ 4 ਮਿਲੀਮੀਟਰ (ਵਰਕਿੰਗ ਏਰੀਆ ≈ 0.126 cm2) ਦੇ ਵਿਆਸ ਵਾਲੇ ਗਲਾਸੀ ਕਾਰਬਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (ਪਾਈਨ ਇੰਸਟਰੂਮੈਂਟ ਕੰਪਨੀ) ਦੀ ਸਤਹ 'ਤੇ 8 μl ਦੇ ਤਿੰਨ ਐਲੀਕੋਟਸ ਵਿੱਚ ਲਾਗੂ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ ≈120 μg cm ਦਾ ਲੋਡ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਨ ਲਈ ਪਰਤਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਸੁੱਕਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। -2.ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ, ਗਲਾਸੀ ਕਾਰਬਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸਤਹ ਨੂੰ ਮਾਈਕ੍ਰੋ ਕਲੌਥ (ਬਿਊਹਲਰ) ਅਤੇ 1.0 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਅਤੇ 0.5 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਐਲੂਮਿਨਾ ਪਾਊਡਰ (ਮਾਈਕ੍ਰੋਪੋਲਿਸ਼, ਬੁਏਹਲਰ) ਨਾਲ ਲਗਾਤਾਰ ਗਿੱਲੀ ਪਾਲਿਸ਼ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਜਿਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਡੀਓਨਾਈਜ਼ਡ H2O ਵਿੱਚ ਸੋਨਿਕੇਸ਼ਨ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।
ORR ਗੈਸ ਫੈਲਾਅ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਨਮੂਨੇ ਸਾਡੇ ਪਹਿਲਾਂ ਦੱਸੇ ਗਏ ਪ੍ਰੋਟੋਕੋਲ 28 ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ।ਪਹਿਲਾਂ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪਾਊਡਰ ਅਤੇ ਵੁਲਕਨ XC-72R ਨੂੰ 1:1 ਭਾਰ ਅਨੁਪਾਤ ਵਿੱਚ ਮਿਲਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ।ਫਿਰ ਸੁੱਕੇ ਪਾਊਡਰ ਮਿਸ਼ਰਣ ਵਿੱਚ ਪੌਲੀਟੇਟ੍ਰਾਫਲੂਰੋਇਥੀਲੀਨ (PTFE) (60 wt.% H2O ਵਿੱਚ) ਅਤੇ 1:1 ਦੇ IPA/H2O ਦੇ ਅਨੁਪਾਤ ਵਾਲੇ ਘੋਲਨ ਦਾ ਮਿਸ਼ਰਣ ਸ਼ਾਮਲ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਲਗਭਗ 20 ਮਿੰਟਾਂ ਲਈ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪੇਂਟ ਨੂੰ ਸੋਨੀਕੇਟ ਕਰੋ ਅਤੇ 28,000 rpm 'ਤੇ ਲਗਭਗ 4 ਮਿੰਟ ਲਈ ਸਮਰੂਪ ਕਰੋ।ਫਿਰ ਸਿਆਹੀ ਨੂੰ 13 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਵਿਆਸ (AvCarb GDS 1120) ਦੇ ਪ੍ਰੀ-ਕੱਟ ਕਾਰਬਨ ਪੇਪਰ ਉੱਤੇ ਇੱਕ ਸਪੈਟੁਲਾ ਨਾਲ ਪਤਲੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲਾਗੂ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ 2 ਮਿਲੀਗ੍ਰਾਮ cm2 ਦੀ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਮੱਗਰੀ ਤੱਕ ਪਹੁੰਚਣ ਤੱਕ ਸੁੱਕ ਗਿਆ ਸੀ।
OER ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਨੂੰ 15 mm x 15 mm ਸਟੇਨਲੈਸ ਸਟੀਲ ਉੱਤੇ Ni-Fe ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਕੈਥੋਡਿਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਪੋਜ਼ੀਸ਼ਨ ਦੁਆਰਾ ਘੜਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।ਜਾਲ(DeXmet Corp, 4SS 5-050) ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਗਈ 26,27.ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਪੋਜ਼ੀਸ਼ਨ ਇੱਕ ਸਟੈਂਡਰਡ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ ਹਾਫ-ਸੈੱਲ (ਲਗਭਗ 20 cm3 ਦਾ ਇੱਕ ਪੋਲੀਮਰ-ਕੋਟੇਡ ਗਲਾਸ ਸੈੱਲ) ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਕਾਊਂਟਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਇੱਕ Pt ਗਰਿੱਡ ਅਤੇ ਇੱਕ ਸੰਦਰਭ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਜੋਂ 1 M NaOH ਵਿੱਚ Hg/HgO ਨਾਲ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।10 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਮੋਟੀ ਕਾਰਬਨ ਸਟੀਲ ਪੰਚ ਨਾਲ ਲਗਭਗ 0.8 ਸੈਂਟੀਮੀਟਰ 2 ਦੇ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਕੱਟਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕੋਟੇਡ ਸਟੇਨਲੈਸ ਸਟੀਲ ਜਾਲ ਨੂੰ ਹਵਾ ਵਿੱਚ ਸੁੱਕਣ ਦਿਓ।
ਤੁਲਨਾ ਕਰਨ ਲਈ, ਕਮਰਸ਼ੀਅਲ ORR ਅਤੇ OER ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਸ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਉਸੇ ਸ਼ਰਤਾਂ ਅਧੀਨ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਅਤੇ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।ਵਪਾਰਕ ORR ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (QSI ਨੈਨੋ ਗੈਸ ਡਿਫਿਊਜ਼ਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ, ਕੁਆਂਟਮ ਗੋਲਾ, 0.35 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਮੋਟਾ) ਵਿੱਚ ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਅਤੇ ਕਾਰਬਨ ਆਕਸਾਈਡ ਨੂੰ ਇੱਕ ਨਿੱਕਲ ਜਾਲ ਦੇ ਮੌਜੂਦਾ ਕੁਲੈਕਟਰ ਨਾਲ ਕੋਟ ਕੀਤਾ ਹੋਇਆ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਵਪਾਰਕ OER ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (ਟਾਈਪ 1.7, ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਮੈਗਨੇਟੋ ਐਨੋਡ, BV) ਦੀ ਮੋਟਾਈ 1.3 ਹੈ। ਮਿਲੀਮੀਟਰRu-Ir ਮਿਕਸਡ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ ਨਾਲ ਕੋਟੇਡ 1.6 mm ਤੱਕ ਫੈਲਿਆ ਟਾਇਟੇਨੀਅਮ ਜਾਲ।
ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੀ ਸਤਹ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਅਤੇ ਰਚਨਾ ਨੂੰ ਇੱਕ FEI ਕੁਆਂਟਾ 650 FEG ਸਕੈਨਿੰਗ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪ (SEM) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਉੱਚ ਵੈਕਿਊਮ ਅਤੇ 5 kV ਦੀ ਇੱਕ ਤੇਜ਼ ਵੋਲਟੇਜ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਦਰਸਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ।ਪਾਊਡਰ ਐਕਸ-ਰੇ ਡਿਫ੍ਰੇਕਸ਼ਨ (XRD) ਡੇਟਾ ਬਰੂਕਰ ਡੀ8 ਐਡਵਾਂਸ ਐਕਸ-ਰੇ ਡਿਫ੍ਰੈਕਟੋਮੀਟਰ 'ਤੇ ਤਾਂਬੇ ਦੇ ਟਿਊਬ ਸਰੋਤ (λ = 1.5418 Å) ਨਾਲ ਇਕੱਤਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ ਬ੍ਰੂਕਰ ਡਿਫ੍ਰੈਕਸ਼ਨ ਸੂਟ ਈਵੀਏ ਸੌਫਟਵੇਅਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।
ਸਾਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਮਾਪ ਇੱਕ ਬਾਇਓਲੋਜਿਕ SP-150 ਪੋਟੈਂਸ਼ੀਓਸਟੈਟ ਅਤੇ EC-ਲੈਬ ਸਾਫਟਵੇਅਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ।RDE ਅਤੇ GDE ਦੇ ਨਮੂਨਿਆਂ ਨੂੰ ਇੱਕ ਮਿਆਰੀ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ ਸੈੱਟਅੱਪ 'ਤੇ ਟੈਸਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਇੱਕ 200 cm3 ਜੈਕੇਟਡ ਗਲਾਸ ਸੈੱਲ ਅਤੇ ਇੱਕ ਸੰਦਰਭ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੱਕ ਲੈਗਿਨ ਕੇਸ਼ਿਕਾ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ।1 M NaOH ਵਿੱਚ Pt ਜਾਲ ਅਤੇ Hg/HgO ਨੂੰ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਵਿਰੋਧੀ ਅਤੇ ਸੰਦਰਭ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।
ਹਰੇਕ ਪ੍ਰਯੋਗ ਵਿੱਚ RDE ਮਾਪ ਲਈ, ਤਾਜ਼ਾ 1 M NaOH ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਜਿਸਦਾ ਤਾਪਮਾਨ ਇੱਕ ਸਰਕੂਲੇਟਿੰਗ ਵਾਟਰ ਬਾਥ (TC120, ਗ੍ਰਾਂਟ) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ 298 K 'ਤੇ ਸਥਿਰ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।ਗੈਸੀਸ ਆਕਸੀਜਨ (BOC) ਹਰੇਕ ਪ੍ਰਯੋਗ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ 30 ਮਿੰਟ ਲਈ 25-50 µm ਦੀ ਪੋਰੋਸਿਟੀ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਗਲਾਸ ਫਰਿੱਟ ਦੁਆਰਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਵਿੱਚ ਬੁਲਬੁਲਾ ਕਰ ਰਿਹਾ ਸੀ।ORR ਧਰੁਵੀਕਰਨ ਵਕਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ, ਸੰਭਾਵੀ ਨੂੰ 400 rpm 'ਤੇ 5 mV s -1 ਦੀ ਸਕੈਨ ਦਰ 'ਤੇ 0.1 ਤੋਂ -0.5 V (Hg/HgO ਦੇ ਅਨੁਸਾਰੀ) ਤੱਕ ਸਕੈਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।50 mV s-1 ਦੀ ਦਰ ਨਾਲ 0 ਅਤੇ -1.0 V ਅਤੇ Hg/HgO ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਸੰਭਾਵੀ ਨੂੰ ਸਵੀਪ ਕਰਕੇ ਸਾਈਕਲਿਕ ਵੋਲਟੈਮੋਗ੍ਰਾਮ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ।
HDE ਮਾਪਾਂ ਲਈ, 1 M NaOH ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਇੱਕ ਸਰਕੂਲੇਟਿੰਗ ਵਾਟਰ ਬਾਥ ਨਾਲ 333 K 'ਤੇ ਬਣਾਈ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।0.8 cm2 ਦਾ ਇੱਕ ਸਰਗਰਮ ਖੇਤਰ 200 cm3/min ਦੀ ਦਰ ਨਾਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੇ ਪਿਛਲੇ ਪਾਸੇ ਆਕਸੀਜਨ ਦੀ ਨਿਰੰਤਰ ਸਪਲਾਈ ਦੇ ਨਾਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦੇ ਸੰਪਰਕ ਵਿੱਚ ਆਇਆ ਸੀ।ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਸੰਦਰਭ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਿਚਕਾਰ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਦੂਰੀ 10 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਸੀ, ਅਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਕਾਊਂਟਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ 13-15 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਸੀ।ਨਿੱਕਲ ਤਾਰ ਅਤੇ ਜਾਲ ਗੈਸ ਵਾਲੇ ਪਾਸੇ ਬਿਜਲੀ ਦਾ ਸੰਪਰਕ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦੇ ਹਨ।ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਅਤੇ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕਰਨ ਲਈ 10, 20, 50 ਅਤੇ 100 mA cm-2 'ਤੇ ਕ੍ਰੋਨੋਪੋਟੈਂਸ਼ੀਓਮੈਟ੍ਰਿਕ ਮਾਪ ਲਏ ਗਏ ਸਨ।
ORR ਅਤੇ OER ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਇੱਕ PTFE29 ਸੰਮਿਲਨ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ 200 cm3 ਜੈਕੇਟ ਵਾਲੇ ਗਲਾਸ ਸੈੱਲ ਵਿੱਚ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਸਿਸਟਮ ਦਾ ਇੱਕ ਯੋਜਨਾਬੱਧ ਚਿੱਤਰ ਚਿੱਤਰ S1 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।ਬੈਟਰੀ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਇੱਕ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟਰੋਡ ਸਿਸਟਮ ਵਿੱਚ ਜੁੜੇ ਹੋਏ ਹਨ।ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਰੀਲੇਅ ਮੋਡੀਊਲ (ਸੋਂਗਲ, SRD-05VDC-SL-C) ਅਤੇ ਇੱਕ ਜ਼ਿੰਕ ਐਨੋਡ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਮਾਈਕ੍ਰੋਕੰਟਰੋਲਰ (Raspberry Pi 2014© ਮਾਡਲ B+V1.2) ਨਾਲ ਜੁੜੇ ਵੱਖਰੇ ਪ੍ਰਤੀਕਰਮ-ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ORR ਅਤੇ OER ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ।ਇੱਕ ਜੋੜੇ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ 4 M NaOH ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਹਵਾਲਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ Hg/HgO ਜ਼ਿੰਕ ਐਨੋਡ ਤੋਂ 3 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਦੀ ਦੂਰੀ 'ਤੇ ਸਨ।ਰਾਸਬੇਰੀ ਪਾਈ ਅਤੇ ਰੀਲੇਅ ਮੋਡੀਊਲ ਨੂੰ ਚਲਾਉਣ ਅਤੇ ਨਿਯੰਤਰਣ ਕਰਨ ਲਈ ਪਾਈਥਨ ਸਕ੍ਰਿਪਟ ਲਿਖੀ ਗਈ ਹੈ।
ਸੈੱਲ ਨੂੰ ਇੱਕ ਜ਼ਿੰਕ ਫੋਇਲ ਐਨੋਡ (ਗੁੱਡਫੇਲੋ, 1 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਮੋਟਾ, 99.95%) ਦੇ ਅਨੁਕੂਲਣ ਲਈ ਸੋਧਿਆ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ ਇੱਕ ਪੋਲੀਮਰ ਕਵਰ ਨੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਸ ਨੂੰ ਲਗਭਗ 10 ਮੀਟਰ ਦੀ ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਦੂਰੀ 'ਤੇ ਰੱਖਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੱਤੀ ਸੀ।4 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਦੀ ਦੂਰੀ.ਨਾਈਟ੍ਰਾਈਲ ਰਬੜ ਦੇ ਪਲੱਗਾਂ ਨੇ ਲਿਡ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਨੂੰ ਫਿਕਸ ਕੀਤਾ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਦੇ ਬਿਜਲੀ ਸੰਪਰਕਾਂ ਲਈ ਨਿਕਲ ਦੀਆਂ ਤਾਰਾਂ (ਅਲਫ਼ਾ ਏਸਰ, 0.5 ਮਿਲੀਮੀਟਰ ਵਿਆਸ, ਐਨੀਲਡ, 99.5% ਨੀ) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ।ਜ਼ਿੰਕ ਫੋਇਲ ਐਨੋਡ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਆਈਸੋਪ੍ਰੋਪਾਨੋਲ ਅਤੇ ਫਿਰ ਡੀਓਨਾਈਜ਼ਡ ਪਾਣੀ ਨਾਲ ਸਾਫ਼ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਅਤੇ ਲਗਭਗ 0.8 cm2 ਦੇ ਸਰਗਰਮ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਬੇਨਕਾਬ ਕਰਨ ਲਈ ਫੋਇਲ ਦੀ ਸਤਹ ਨੂੰ ਪੌਲੀਪ੍ਰੋਪਾਈਲੀਨ ਟੇਪ (ਏਵਨ, AVN9811060K, 25 µm ਮੋਟੀ) ਨਾਲ ਢੱਕਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।
ਸਾਰੇ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਪ੍ਰਯੋਗ 333 K 'ਤੇ 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਵਿੱਚ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ ਜਦੋਂ ਤੱਕ ਕਿ ਹੋਰ ਨੋਟ ਨਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੋਵੇ।ਚਿੱਤਰ ਵਿੱਚ, Hg/HgO ਦੇ ਸਬੰਧ ਵਿੱਚ Ewe ਆਕਸੀਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (ORR ਅਤੇ OER) ਦੀ ਸੰਭਾਵੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ, Hg/HgO ਦੇ ਸਬੰਧ ਵਿੱਚ Ece ਜ਼ਿੰਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਸੰਭਾਵੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ, Hg/HgO ਦੇ ਸਬੰਧ ਵਿੱਚ Ecell ਪੂਰੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਸੈੱਲ ਸੰਭਾਵੀ ਜਾਂ ਸੰਭਾਵੀ ਅੰਤਰ।ਦੋ ਬੈਟਰੀ ਸੰਭਾਵੀ ਵਿਚਕਾਰ.ਆਕਸੀਜਨ ਜਾਂ ਸੰਕੁਚਿਤ ਹਵਾ ਨੂੰ OPP ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੇ ਪਿਛਲੇ ਪਾਸੇ 200 cm3/ਮਿੰਟ ਦੀ ਸਥਿਰ ਵਹਾਅ ਦਰ ਨਾਲ ਸਪਲਾਈ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਸ ਦੀ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਸਥਿਰਤਾ ਅਤੇ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਦਾ ਅਧਿਐਨ 20 mA cm-2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ, 30 ਮਿੰਟ ਦੇ ਇੱਕ ਚੱਕਰ ਦਾ ਸਮਾਂ, ਅਤੇ ਹਰੇਕ ਅੱਧੇ ਚੱਕਰ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ 1 ਮਿੰਟ ਦੇ ਇੱਕ OCV ਆਰਾਮ ਸਮੇਂ 'ਤੇ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਹਰੇਕ ਟੈਸਟ ਲਈ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ 10 ਚੱਕਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ, ਅਤੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਨਾਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਸਥਿਤੀ ਦਾ ਪਤਾ ਲਗਾਉਣ ਲਈ ਚੱਕਰ 1, 5 ਅਤੇ 10 ਤੋਂ ਡੇਟਾ ਕੱਢਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।
ORR ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ SEM (Fig. 2) ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਅਤੇ ਪਾਊਡਰ ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਮਾਪਾਂ ਨੇ ਨਮੂਨੇ (ਚਿੱਤਰ 3) ਦੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਢਾਂਚੇ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕੀਤੀ.ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੇ ਢਾਂਚਾਗਤ ਮਾਪਦੰਡ ਸਾਰਣੀ 1 ਵਿੱਚ ਦਿੱਤੇ ਗਏ ਹਨ। 1. ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਕਰਦੇ ਸਮੇਂ, ਅੰਜੀਰ ਵਿੱਚ ਵਪਾਰਕ MnO2।2a ਵਿੱਚ ਵੱਡੇ ਕਣ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਚਿੱਤਰ 3a ਵਿੱਚ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਪੈਟਰਨ ਟੈਟਰਾਗੋਨਲ β-MnO2 ਲਈ JCPDS 24-0735 ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦਾ ਹੈ।ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਚਿੱਤਰ 2b ਵਿੱਚ MnOx ਸਤਹ 'ਤੇ ਬਾਰੀਕ ਅਤੇ ਬਾਰੀਕ ਕਣ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 66° ਵਿੱਚ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਪੈਟਰਨ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦਾ ਹੈ (110), (220), (310), (211), ਅਤੇ (541) ਟੈਟਰਾਹੇਡ੍ਰਾਲੀ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ α-MnO2 ਹਾਈਡ੍ਰੇਟ, JCPDS 44-014028।
(a) MnO2, (b) MnOx, (c) Co3O4, (d) NiCo2O4, (e) MnCo2O4, (f) Vulcan XC-72R, (g) ਗ੍ਰਾਫੀਨ, (h) ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ, (ਅਤੇ) 5 ਡਬਲਯੂ.ਟੀ. .% Pt/C.
(a) MnO2, (b) MnOx, (c) Co3O4, (d) NiCo2O4, (e) MnCo2O4, (f) Vulcan XC-72R, ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ, ਅਤੇ (g) 5 ਦੇ ਐਕਸ-ਰੇ ਪੈਟਰਨ % ਪਲੈਟੀਨਮ/ਕਾਰਬਨ।
ਅੰਜੀਰ 'ਤੇ.2c–e, ਕੋਬਾਲਟ Co3O4, NiCo2O4, ਅਤੇ MnCo2O4 'ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੀ ਸਤਹ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਅਨਿਯਮਿਤ ਆਕਾਰ ਦੇ ਕਣਾਂ ਦੇ ਸਮੂਹ ਹੁੰਦੇ ਹਨ।ਅੰਜੀਰ 'ਤੇ.3c–e ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਇਹ ਸਾਰੇ ਪਰਿਵਰਤਨਧਾਤਆਕਸਾਈਡ ਦੀ ਇੱਕ ਸਪਿਨਲ ਬਣਤਰ ਅਤੇ ਇੱਕ ਸਮਾਨ ਘਣ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਸਿਸਟਮ ਹੁੰਦਾ ਹੈ (ਕ੍ਰਮਵਾਰ JCPDS 01-1152, JCPDS 20-0781, ਅਤੇ JCPDS 23-1237)।ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਥਰਮਲ ਸੜਨ ਵਿਧੀ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਦੇ ਸਮਰੱਥ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਵਿਵਰਣ ਪੈਟਰਨ ਵਿੱਚ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਚੰਗੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਪਰਿਭਾਸ਼ਿਤ ਚੋਟੀਆਂ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਮਾਣਿਤ ਹੈ।
ਕਾਰਬਨ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ SEM ਚਿੱਤਰ ਵੱਡੇ ਬਦਲਾਅ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ।ਅੰਜੀਰ 'ਤੇ.2f Vulcan XC-72R ਕਾਰਬਨ ਬਲੈਕ ਵਿੱਚ ਸੰਘਣੀ ਪੈਕ ਕੀਤੇ ਨੈਨੋਪਾਰਟਿਕਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ।ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, ਚਿੱਤਰ 2g ਵਿੱਚ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੀ ਦਿੱਖ ਕੁਝ ਸੰਗ੍ਰਹਿ ਦੇ ਨਾਲ ਬਹੁਤ ਹੀ ਵਿਗਾੜ ਵਾਲੀਆਂ ਪਲੇਟਾਂ ਹਨ।ਹਾਲਾਂਕਿ, ਐਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ (ਚਿੱਤਰ 2h) ਪਤਲੀਆਂ ਪਰਤਾਂ ਨਾਲ ਬਣਿਆ ਜਾਪਦਾ ਹੈ।ਵੁਲਕਨ XC-72R, ਵਪਾਰਕ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ, ਅਤੇ ਅੰਜੀਰ ਵਿੱਚ ਐਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰੀ ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਪੈਟਰਨ।3f (002) ਅਤੇ (100) ਕਾਰਬਨ ਚੋਟੀਆਂ ਦੇ 2θ ਮੁੱਲਾਂ ਵਿੱਚ ਛੋਟੇ ਬਦਲਾਅ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ।Vulcan XC-72R ਦੀ ਪਛਾਣ JCPDS 41-1487 ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਹੈਕਸਾਗੋਨਲ ਗ੍ਰਾਫਾਈਟ ਵਜੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸਿਖਰ (002) ਅਤੇ (100) ਕ੍ਰਮਵਾਰ 24.5° ਅਤੇ 43.2° 'ਤੇ ਦਿਖਾਈ ਦਿੰਦੇ ਹਨ।ਇਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ, N-doped ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੀਆਂ (002) ਅਤੇ (100) ਚੋਟੀਆਂ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 26.7° ਅਤੇ 43.3° 'ਤੇ ਦਿਖਾਈ ਦਿੰਦੀਆਂ ਹਨ।ਵੁਲਕਨ XC-72R ਅਤੇ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਭਿੰਨ ਪੈਟਰਨਾਂ ਵਿੱਚ ਦੇਖੀ ਗਈ ਪਿਛੋਕੜ ਦੀ ਤੀਬਰਤਾ ਇਹਨਾਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀ ਸਤਹ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਬਹੁਤ ਹੀ ਵਿਗਾੜ ਵਾਲੇ ਸੁਭਾਅ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੈ।ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ ਦਾ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਪੈਟਰਨ 26.5° 'ਤੇ ਇੱਕ ਤਿੱਖੀ, ਤੀਬਰ ਸਿਖਰ (002) ਅਤੇ 44° 'ਤੇ ਇੱਕ ਛੋਟੀ ਚੌੜੀ ਚੋਟੀ (100) ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਇਸ ਨਮੂਨੇ ਦੇ ਇੱਕ ਹੋਰ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਸੁਭਾਅ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਅੰਤ ਵਿੱਚ, ਅੰਜੀਰ ਵਿੱਚ.5 wt.% Pt/C ਦਾ 2i SEM ਚਿੱਤਰ ਗੋਲ ਵੋਇਡਜ਼ ਦੇ ਨਾਲ ਰਾਡ-ਆਕਾਰ ਦੇ ਕਾਰਬਨ ਦੇ ਟੁਕੜੇ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ।ਘਣ Pt ਨੂੰ ਚਿੱਤਰ 3g ਵਿੱਚ 5 wt% Pt/C ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਪੈਟਰਨ ਵਿੱਚ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਚੋਟੀਆਂ ਤੋਂ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ 23° 'ਤੇ ਸਿਖਰ ਮੌਜੂਦ ਕਾਰਬਨ ਦੀ (002) ਚੋਟੀ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦਾ ਹੈ।
ਇੱਕ ਲੀਨੀਅਰ ਸਵੀਪ ORR ਕੈਟਾਲਿਸਟ ਵੋਲਟੈਮੋਗ੍ਰਾਮ ਨੂੰ 5 mV s-1 ਦੀ ਸਵੀਪ ਦਰ 'ਤੇ ਰਿਕਾਰਡ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਇਕੱਠੇ ਕੀਤੇ ਨਕਸ਼ੇ (ਚਿੱਤਰ 4a) ਵਿੱਚ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਸੰਭਾਵਨਾ ਵਾਲੇ ਪਠਾਰ ਤੱਕ ਫੈਲਿਆ ਇੱਕ S-ਆਕਾਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।ਸੀਮਤ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ, jL, ਸੰਭਾਵੀ E1/2 (ਜਿੱਥੇ j/jL = ½) ਅਤੇ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵਨਾ -0.1 mA cm-2 ਇਹਨਾਂ ਪਲਾਟਾਂ ਤੋਂ ਕੱਢੀ ਗਈ ਸੀ ਅਤੇ ਸਾਰਣੀ 2 ਵਿੱਚ ਸੂਚੀਬੱਧ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਇਹ ਧਿਆਨ ਦੇਣ ਯੋਗ ਹੈ ਕਿ ਅੰਜੀਰ ਵਿੱਚ।4a, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਨੂੰ ਉਹਨਾਂ ਦੀਆਂ E1/2 ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਇਹਨਾਂ ਵਿੱਚ ਸ਼੍ਰੇਣੀਬੱਧ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ: (I) ਧਾਤੂ ਆਕਸਾਈਡ, (II) ਕਾਰਬੋਨੇਸੀਅਸ ਪਦਾਰਥ, ਅਤੇ (III) ਉੱਤਮ ਧਾਤਾਂ।
(a) ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਅਤੇ (b) ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਅਤੇ XC-72R ਦੀ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਫਿਲਮ ਦੇ ਲੀਨੀਅਰ ਸਵੀਪ ਵੋਲਟੈਮੋਗ੍ਰਾਮ, 400 rpm 'ਤੇ ਇੱਕ RDE ਗਲਾਸੀ ਕਾਰਬਨ ਪ੍ਰੋਬ 'ਤੇ 298 K ਵਿੱਚ O2 ਸੰਤ੍ਰਿਪਤਾ ਵਿੱਚ 5 mV s-1 ਦੀ ਸਕੈਨ ਦਰ ਨਾਲ ਮਾਪੀ ਗਈ। M NaOH cf.
ਗਰੁੱਪ I ਵਿੱਚ Mn ਅਤੇ Co ਦੇ ਵਿਅਕਤੀਗਤ ਧਾਤੂ ਆਕਸਾਈਡ ਕ੍ਰਮਵਾਰ -0.17 V ਅਤੇ -0.19 V ਦੀਆਂ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ E1/2 ਮੁੱਲ -0.24 ਅਤੇ -0.26 V ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਹਨਾਂ ਧਾਤੂ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੀਆਂ ਕਮੀਆਂ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਸਮੀਕਰਨ ਵਿੱਚ ਪੇਸ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। .(1) ਅਤੇ (2), ਜੋ ਕਿ ਚਿੱਤਰ ਵਿੱਚ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਦੇ ਅੱਗੇ ਦਿਖਾਈ ਦਿੰਦੇ ਹਨ।4a ਸਮੀਕਰਨ ਵਿੱਚ ORR ਅਸਿੱਧੇ ਮਾਰਗ ਦੇ ਪਹਿਲੇ ਪੜਾਅ 2e ਦੀ ਮਿਆਰੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦਾ ਹੈ।(3)।
ਇੱਕੋ ਸਮੂਹ ਵਿੱਚ ਮਿਕਸਡ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ MnCo2O4 ਅਤੇ NiCo2O4 ਕ੍ਰਮਵਾਰ -0.10 ਅਤੇ -0.12 V 'ਤੇ ਥੋੜੀ ਸੁਧਾਰੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ, ਪਰ ਲਗਭਗ 10.−0.23 ਵੋਲਟ ਦੇ E1/2 ਮੁੱਲ ਨੂੰ ਬਰਕਰਾਰ ਰੱਖਦੇ ਹਨ।
ਗਰੁੱਪ II ਕਾਰਬਨ ਸਮੱਗਰੀ ਗਰੁੱਪ I ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਨਾਲੋਂ ਵਧੇਰੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ E1/2 ਮੁੱਲ ਦਿਖਾਉਂਦੀ ਹੈ।ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵੀ -0.07 V ਅਤੇ ਇੱਕ E1/2 ਮੁੱਲ -0.11 V ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਇੱਕ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵੀ ਅਤੇ E1/2 72R Vulcan XC- ਕ੍ਰਮਵਾਰ -0.12V ਅਤੇ -0.17V ਹਨ।ਗਰੁੱਪ III ਵਿੱਚ, 5 wt% Pt/C ਨੇ 0.02 V 'ਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵਨਾ, -0.055 V ਦਾ E1/2, ਅਤੇ -0.4 V 'ਤੇ ਅਧਿਕਤਮ ਸੀਮਾ ਦਿਖਾਈ, ਕਿਉਂਕਿ 4e ਮਾਰਗ ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੁਆਰਾ ਆਕਸੀਜਨ ਦੀ ਕਮੀ ਆਈ ਹੈ। .Pt/C ਦੀ ਉੱਚ ਸੰਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ORR ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੇ ਉਲਟਣਯੋਗ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਦੇ ਕਾਰਨ ਇਸ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਘੱਟ E1/2 ਵੀ ਹੈ।
ਚਿੱਤਰ S2a ਵੱਖ-ਵੱਖ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਲਈ ਟੈਫੇਲ ਢਲਾਨ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਪੇਸ਼ ਕਰਦਾ ਹੈ।5 wt.% Pt/C ਦਾ ਗਤੀਆਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਖੇਤਰ Hg/HgO ਦੇ ਸਬੰਧ ਵਿੱਚ 0.02 V ਤੋਂ ਸ਼ੁਰੂ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਧਾਤ ਦੇ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਅਤੇ ਕਾਰਬਨ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦਾ ਖੇਤਰ -0.03 ਤੋਂ -0.1 V ਤੱਕ ਨੈਗੇਟਿਵ ਸੰਭਾਵਾਂ ਦੀ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਢਲਾਣ ਦਾ ਮੁੱਲ। Tafel Pt/C ਲਈ -63.5 mV ss–1 ਹੈ, ਜੋ Pt ਲਈ ਘੱਟ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ dE/d log i = –2.3 RT/F31.32 ਲਈ ਖਾਸ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਦਰ-ਨਿਰਧਾਰਨ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਪੜਾਅ ਵਿੱਚ ਆਕਸੀਜਨ ਦਾ ਫਿਜ਼ੀਸੋਰਪਸ਼ਨ ਤੋਂ ਪਰਿਵਰਤਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਕੈਮਿਸੋਰਪਸ਼ਨ 33,34.ਕਾਰਬਨ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਲਈ ਟੈਫੇਲ ਢਲਾਨ ਮੁੱਲ Pt/C (-60 ਤੋਂ -70 mV div-1) ਦੇ ਸਮਾਨ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਹਨ, ਜੋ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦੇ ਹਨ ਕਿ ਇਹਨਾਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ORR ਮਾਰਗ ਸਮਾਨ ਹਨ।Co ਅਤੇ Mn ਦੇ ਵਿਅਕਤੀਗਤ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ -110 ਤੋਂ -120 mV ਦਸੰਬਰ-1 ਤੱਕ ਦੇ ਟੈਫੇਲ ਢਲਾਣਾਂ ਦੀ ਰਿਪੋਰਟ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ dE/d log i = -2.3 2RT/F ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਦਰ-ਨਿਰਧਾਰਨ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਪੜਾਅ ਪਹਿਲਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਹੈ।ਤਬਾਦਲਾ ਕਦਮ 35, 36. ਮਿਕਸਡ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ NiCo2O4 ਅਤੇ MnCo2O4, ਲਗਭਗ -170 mV ਦਸੰਬਰ-1 ਲਈ ਦਰਜ ਕੀਤੇ ਗਏ ਥੋੜ੍ਹਾ ਉੱਚੇ ਢਲਾਨ ਮੁੱਲ, ਆਕਸਾਈਡ ਦੀ ਸਤਹ 'ਤੇ OH- ਅਤੇ H2O ਆਇਨਾਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਆਕਸੀਜਨ ਸੋਖਣ ਨੂੰ ਰੋਕਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਆਕਸੀਜਨ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।ਕਟੌਤੀ ਮਾਰਗ 35.
ਕੁਟੇਟਸਕੀ-ਲੇਵਿਚ (KL) ਸਮੀਕਰਨ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨਮੂਨਿਆਂ ਲਈ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਨੂੰ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ।ਸਮੀਕਰਨ ਵਿੱਚ.(4) ਕੁੱਲ ਮਾਪੀ ਗਈ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ j ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਅਤੇ ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦਾ ਜੋੜ ਹੈ।
ਸਮੀਕਰਨ ਤੱਕ.(5) ਸੀਮਤ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ jL ਰੋਟੇਸ਼ਨ ਸਪੀਡ ਦੇ ਵਰਗ ਮੂਲ ਦੇ ਅਨੁਪਾਤੀ ਹੈ।ਇਸ ਲਈ, KL ਸਮੀਕਰਨ।(6) j−1 ਬਨਾਮ ω−1//2 ਦੇ ਇੱਕ ਰੇਖਾ ਗ੍ਰਾਫ ਦਾ ਵਰਣਨ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਇੰਟਰਸੈਕਸ਼ਨ ਬਿੰਦੂ jk ਹੈ ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫ ਦੀ ਢਲਾਨ K ਹੈ।
ਜਿੱਥੇ ν ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ 1 M NaOH (1.1 × 10–2 cm2 s–1)37 ਦੀ ਕਾਇਨੇਮੈਟਿਕ ਲੇਸ ਹੈ, D 1 M NaOH (1.89 × 10–5 cm2 s–1)38, ω ਵਿੱਚ O2 ਦਾ ਪ੍ਰਸਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ ਕੀ rpm ਰੋਟੇਸ਼ਨ ਸਪੀਡ ਹੈ, C ਬਲਕ ਘੋਲ ਵਿੱਚ ਆਕਸੀਜਨ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਹੈ (8.4 × 10–7 mol cm–3)38।
100, 400, 900, 1600, ਅਤੇ 2500 rpm 'ਤੇ RDE ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਲੀਨੀਅਰਲੀ ਸਵੀਪ ਵੋਲਟੈਮੋਗ੍ਰਾਮ ਇਕੱਠੇ ਕਰੋ।KL ਡਾਇਗ੍ਰਾਮ ਨੂੰ ਪਲਾਟ ਕਰਨ ਲਈ ਸੀਮਤ ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ -0.4 V ਤੋਂ ਮੁੱਲ ਲਏ ਗਏ ਸਨ, ਭਾਵ -j-1 ਬਨਾਮ ω-1//2 ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ (Fig. S3a) ਲਈ।ਸਮੀਕਰਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰੋ।ਸਮੀਕਰਨਾਂ (6) ਅਤੇ (7) ਵਿੱਚ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਸੂਚਕ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ jk ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ ਨੂੰ ਧਿਆਨ ਵਿੱਚ ਰੱਖੇ ਬਿਨਾਂ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ, y ਧੁਰੇ ਦੇ ਨਾਲ ਇੰਟਰਸੈਕਸ਼ਨ ਦੇ ਬਿੰਦੂ ਦੁਆਰਾ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਸੰਖਿਆ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕਰਵ ਦੇ ਗਰੇਡੀਐਂਟ K ਦੁਆਰਾ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।ਉਹ ਸਾਰਣੀ 2 ਵਿੱਚ ਸੂਚੀਬੱਧ ਹਨ।
5 wt% Pt/C ਅਤੇ XC-72R ਕੋਲ ਸਭ ਤੋਂ ਘੱਟ ਸੰਪੂਰਨ jk ਮੁੱਲ ਹਨ, ਜੋ ਇਹਨਾਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਲਈ ਤੇਜ਼ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।ਹਾਲਾਂਕਿ, XC-72R ਕਰਵ ਦੀ ਢਲਾਣ 5 wt% Pt/C ਲਈ ਲਗਭਗ ਦੁੱਗਣੀ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਉਮੀਦ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ K ਆਕਸੀਜਨ ਘਟਾਉਣ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਸੰਖਿਆ ਦਾ ਸੰਕੇਤ ਹੈ।ਸਿਧਾਂਤਕ ਤੌਰ 'ਤੇ, 5 wt% Pt/C ਲਈ KL ਪਲਾਟ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਪੁੰਜ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਹਾਲਤਾਂ ਦੇ ਅਧੀਨ 39 ਮੂਲ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਇਹ ਚਿੱਤਰ S3a ਵਿੱਚ ਨਹੀਂ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਨਤੀਜੇ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਜਾਂ ਫੈਲਣ ਵਾਲੀਆਂ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦਾ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦਾ ਹੈ।ਇਹ ਇਸ ਲਈ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਗਰਸਾਨੀ ਐਟ ਅਲ.40 ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਹੈ ਕਿ Pt/C ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਫਿਲਮਾਂ ਦੀ ਟੌਪੋਲੋਜੀ ਅਤੇ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਛੋਟੀਆਂ ਅਸੰਗਤਤਾਵਾਂ ORR ਗਤੀਵਿਧੀ ਮੁੱਲਾਂ ਦੀ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਤ ਕਰ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕਿਉਂਕਿ ਸਾਰੀਆਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਫਿਲਮਾਂ ਇੱਕੋ ਤਰੀਕੇ ਨਾਲ ਤਿਆਰ ਕੀਤੀਆਂ ਗਈਆਂ ਸਨ, ਨਤੀਜਿਆਂ 'ਤੇ ਕੋਈ ਵੀ ਪ੍ਰਭਾਵ ਸਾਰੇ ਨਮੂਨਿਆਂ ਲਈ ਇੱਕੋ ਜਿਹਾ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ।≈ -0.13 mA-1 cm2 ਦਾ ਗ੍ਰਾਫੀਨ KL ਕਰਾਸ ਪੁਆਇੰਟ XC-72R ਨਾਲ ਤੁਲਨਾਯੋਗ ਹੈ, ਪਰ N-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ KL ਗ੍ਰਾਫ ਲਈ -0.20 mA-1 cm2 ਕਰਾਸ ਪੁਆਇੰਟ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਇਸ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕਨਵਰਟਰ 'ਤੇ ਵੋਲਟੇਜ।ਇਹ ਇਸ ਤੱਥ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੀ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਡੋਪਿੰਗ ਸਮੁੱਚੀ ਬਿਜਲਈ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੀ ਹੈ, ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਹੌਲੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦਾ ਪੂਰਨ K ਮੁੱਲ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਨਾਲੋਂ ਛੋਟਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ORR41,42 ਲਈ ਵਧੇਰੇ ਸਰਗਰਮ ਸਾਈਟਾਂ ਬਣਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦੀ ਹੈ।
ਮੈਂਗਨੀਜ਼ 'ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਲਈ, ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਡੇ ਸੰਪੂਰਨ ਮੁੱਲ ਦਾ ਇੰਟਰਸੈਕਸ਼ਨ ਪੁਆਇੰਟ ਦੇਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ - 0.57 mA-1 cm2।ਫਿਰ ਵੀ, MnOx ਦਾ ਪੂਰਨ K ਮੁੱਲ MnO2 ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਹੈ ਅਤੇ 5 wt % ਦੇ ਨੇੜੇ ਹੈ।%Pt/C.ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੰਬਰ ਲਗਭਗ ਹੋਣ ਲਈ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਸਨ।MnOx 4 ਹੈ ਅਤੇ MnO2 2 ਦੇ ਨੇੜੇ ਹੈ। ਇਹ ਸਾਹਿਤ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ਿਤ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਰਿਪੋਰਟ ਕਰਦੇ ਹਨ ਕਿ α-MnO2 ORR ਮਾਰਗ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੀ ਗਿਣਤੀ 4 ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ β-MnO243 ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ 4 ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ , ORR ਮਾਰਗ ਮੈਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡ 'ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਵੱਖੋ-ਵੱਖਰੇ ਪੌਲੀਮੋਰਫਿਕ ਰੂਪਾਂ ਲਈ ਵੱਖਰੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮਾਂ ਦੀਆਂ ਦਰਾਂ ਲਗਭਗ ਇੱਕੋ ਜਿਹੀਆਂ ਰਹਿੰਦੀਆਂ ਹਨ।ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, MnOx ਅਤੇ MnCo2O4 ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੰਬਰ 4 ਤੋਂ ਥੋੜ੍ਹਾ ਵੱਧ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਕਿਉਂਕਿ ਇਹਨਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਵਿੱਚ ਮੌਜੂਦ ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੀ ਕਮੀ ਆਕਸੀਜਨ ਦੀ ਕਮੀ ਦੇ ਨਾਲ ਨਾਲ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।ਪਿਛਲੇ ਕੰਮ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਕਿ ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡ ਦੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਕਮੀ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ 28 ਨਾਲ ਸੰਤ੍ਰਿਪਤ ਘੋਲ ਵਿੱਚ ਆਕਸੀਜਨ ਦੀ ਕਮੀ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਉਸੇ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।ਸਾਈਡ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਦਾ ਯੋਗਦਾਨ 4 ਤੋਂ ਥੋੜ੍ਹਾ ਵੱਧ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਗਣਿਤ ਸੰਖਿਆ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
Co3O4 ਦਾ ਇੰਟਰਸੈਕਸ਼ਨ ≈ −0.48 mA-1 cm2 ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਮੈਂਗਨੀਜ਼ ਆਕਸਾਈਡ ਦੇ ਦੋ ਰੂਪਾਂ ਨਾਲੋਂ ਘੱਟ ਰਿਣਾਤਮਕ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਪੱਸ਼ਟ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੰਬਰ 2 ਦੇ ਬਰਾਬਰ K ਦੇ ਮੁੱਲ ਦੁਆਰਾ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। NiCo2O4 ਵਿੱਚ Ni ਨੂੰ ਅਤੇ Mn ਨੂੰ MnCo2O4 ਵਿੱਚ ਬਦਲਣਾ Co ਦੁਆਰਾ ਸੰਪੂਰਨ ਮੁੱਲ K ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਮਿਸ਼ਰਤ ਧਾਤ ਦੇ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਕਾਰਬਨ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਨੂੰ ORR ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਿਆਹੀ ਵਿੱਚ ਬਿਜਲਈ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਅਤੇ ਗੈਸ ਫੈਲਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ ਵਿੱਚ ਸਹੀ ਤਿੰਨ-ਪੜਾਅ ਦੀ ਸੀਮਾ ਬਣਾਉਣ ਦੀ ਸਹੂਲਤ ਲਈ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।Vulcan-XC-72R ਨੂੰ ਇਸਦੀ ਘੱਟ ਕੀਮਤ, 250 m2·g-1 ਦੇ ਵੱਡੇ ਸਤਹ ਖੇਤਰ, ਅਤੇ 0.08 ਤੋਂ 1 Ω·cm44.45 ਦੀ ਘੱਟ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧਕਤਾ ਦੇ ਕਾਰਨ ਚੁਣਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।400 rpm 'ਤੇ Vulcan XC-72R ਨਾਲ ਮਿਲਾਏ ਗਏ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨਮੂਨੇ ਦਾ ਇੱਕ LSV ਪਲਾਟ ਚਿੱਤਰ 1. 4b ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।Vulcan XC-72R ਨੂੰ ਜੋੜਨ ਦਾ ਸਭ ਤੋਂ ਸਪੱਸ਼ਟ ਪ੍ਰਭਾਵ ਅੰਤਮ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣਾ ਹੈ।ਨੋਟ ਕਰੋ ਕਿ ਇਹ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਲਈ ਵਧੇਰੇ ਧਿਆਨ ਦੇਣ ਯੋਗ ਹੈ, ਸਿੰਗਲ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਲਈ ਵਾਧੂ 0.60 mA cm-2, ਮਿਸ਼ਰਤ ਧਾਤੂ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਲਈ 0.40 mA cm-2, ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਅਤੇ ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਲਈ 0.28 mA cm-2।N. 0.05 mA cm-2 ਜੋੜੋ।−2।ਵੁਲਕਨ XC-72R ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਿਆਹੀ ਵਿੱਚ ਜੋੜਨ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਨੂੰ ਛੱਡ ਕੇ ਸਾਰੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਲਈ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵੀ ਅਤੇ E1/2 ਅੱਧ-ਵੇਵ ਸੰਭਾਵੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਤਬਦੀਲੀ ਆਈ।ਇਹ ਤਬਦੀਲੀਆਂ ਸਮਰਥਿਤ ਵੁਲਕਨ XC-72R ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ 'ਤੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕਣਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਵਧੀ ਹੋਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਸਤਹ ਖੇਤਰ ਵਰਤੋਂ46 ਅਤੇ ਸੰਪਰਕ 47 ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਦਾ ਇੱਕ ਸੰਭਾਵੀ ਨਤੀਜਾ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਇਹਨਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਮਿਸ਼ਰਣਾਂ ਲਈ ਅਨੁਸਾਰੀ ਟੈਫੇਲ ਪਲਾਟ ਅਤੇ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਮਾਪਦੰਡ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਚਿੱਤਰ S2b ਅਤੇ ਸਾਰਣੀ 3 ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਏ ਗਏ ਹਨ।ਟੈਫੇਲ ਢਲਾਨ ਮੁੱਲ MnOx ਅਤੇ XC-72R ਦੇ ਨਾਲ ਅਤੇ ਬਿਨਾਂ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਲਈ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਸਨ, ਜੋ ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਉਹਨਾਂ ਦੇ ORR ਮਾਰਗ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਨਹੀਂ ਹੋਏ ਸਨ।ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕੋਬਾਲਟ-ਆਧਾਰਿਤ ਆਕਸਾਈਡ Co3O4, NiCo2O4 ਅਤੇ MnCo2O4 ਨੇ XC-72R ਦੇ ਨਾਲ ਮਿਲ ਕੇ -68 ਅਤੇ -80 mV ਦਸੰਬਰ-1 ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਛੋਟੇ ਨੈਗੇਟਿਵ ਟੈਫੇਲ ਢਲਾਨ ਮੁੱਲ ਦਿੱਤੇ ਹਨ ਜੋ ORR ਮਾਰਗ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਤਬਦੀਲੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।ਚਿੱਤਰ S3b ਇੱਕ Vulcan XC-72R ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨਮੂਨੇ ਲਈ ਇੱਕ KL ਪਲਾਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ।ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ, XC-72R ਨਾਲ ਮਿਲਾਏ ਗਏ ਸਾਰੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਲਈ jk ਦੇ ਸੰਪੂਰਨ ਮੁੱਲਾਂ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਦੇਖੀ ਗਈ ਸੀ।MnOx ਨੇ jk ਦੇ ਸੰਪੂਰਨ ਮੁੱਲ ਵਿੱਚ 55 mA-1 cm2 ਦੀ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਡੀ ਕਮੀ ਦਿਖਾਈ, ਜਦੋਂ ਕਿ NiCo2O4 ਨੇ 32 mA-1 cm-2 ਦੀ ਕਮੀ ਦਰਜ ਕੀਤੀ, ਅਤੇ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਨੇ 5 mA-1 cm2 ਦੀ ਸਭ ਤੋਂ ਛੋਟੀ ਕਮੀ ਦਰਸਾਈ।ਇਹ ਸਿੱਟਾ ਕੱਢਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ 'ਤੇ ਵੁਲਕਨ XC-72R ਦਾ ਪ੍ਰਭਾਵ OVR ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਗਤੀਵਿਧੀ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੈ।
Vulcan XC-72R NiCo2O4, MnCo2O4, ਗ੍ਰਾਫੀਨ, ਅਤੇ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਦੇ K ਮੁੱਲਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਤ ਨਹੀਂ ਕਰਦਾ ਹੈ।ਹਾਲਾਂਕਿ, ਵਲਕਨ XC-72R ਦੇ ਜੋੜ ਨਾਲ Co3O4 ਦਾ K ਮੁੱਲ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਘਟਿਆ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ORR ਦੁਆਰਾ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।ਕਾਰਬਨ ਕੰਪੋਨੈਂਟਸ ਦੇ ਨਾਲ Co3O4 ਦੀ ਅਜਿਹੀ ਸਹਿ-ਸਬੰਧ ਰੇਫਸ ਵਿੱਚ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ।48, 49. ਕਾਰਬਨ ਸਪੋਰਟ ਦੀ ਅਣਹੋਂਦ ਵਿੱਚ, Co3O4 ਨੂੰ HO2- ਤੋਂ O2 ਅਤੇ OH-50.51 ਦੇ ਅਸੰਤੁਲਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਬਾਰੇ ਸੋਚਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਟੇਬਲ 2 ਵਿੱਚ Co3O4 ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨੰਬਰ 2 ਦੇ ਨਾਲ ਚੰਗੇ ਸਮਝੌਤੇ ਵਿੱਚ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਕਾਰਬਨ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਉੱਤੇ Co3O4 ਦੇ ਭੌਤਿਕ ਸੋਸ਼ਣ ਤੋਂ ਇੱਕ 2 + 2 ਚਾਰ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ORR ਪਾਥਵੇਅ 52 ਪੈਦਾ ਹੋਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਹੈ ਜੋ ਪਹਿਲਾਂ Co3O4 ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਅਤੇ ਵੁਲਕਨ XC-72R (ਸਮੀਕਰਨ 1) ਦੇ ਇੰਟਰਫੇਸ 'ਤੇ O2 ਤੋਂ HO2- ਨੂੰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਿਊਸ ਕਰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਫਿਰ HO2 - ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਡਿਸਪ੍ਰੋਪੋਰਟ ਮੈਟਲ ਆਕਸਾਈਡ ਸਤਹ ਨੂੰ O2 ਵਿੱਚ ਬਦਲਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਬਾਅਦ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਕਸ਼ਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, Vulcan XC-72R ਦੇ ਜੋੜ ਨਾਲ K MnOx ਦਾ ਸੰਪੂਰਨ ਮੁੱਲ ਵਧਿਆ, ਜੋ ਕਿ 4.6 ਤੋਂ 3.3 (ਟੇਬਲ 3) ਤੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਸੰਖਿਆ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।ਇਹ ਦੋ-ਪੜਾਅ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਮਾਰਗ ਲਈ ਕਾਰਬਨ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕੰਪੋਜ਼ਿਟ 'ਤੇ ਦੋ ਸਾਈਟਾਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੈ।O2 ਤੋਂ HO2- ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਕਟੌਤੀ ਕਾਰਬਨ ਸਪੋਰਟਾਂ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ORR53 ਦੇ ਦੋ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਪਾਥਵੇਅ ਲਈ ਥੋੜ੍ਹਾ ਵੱਧ ਤਰਜੀਹ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੀ ਸੀਮਾ ਵਿੱਚ GDE ਅੱਧੇ ਸੈੱਲ ਵਿੱਚ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।ਅੰਜੀਰ 'ਤੇ.5 GDE MnOx, MnCo2O4, NiCo2O4, ਗ੍ਰਾਫੀਨ, ਅਤੇ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ-ਡੋਪਡ ਗ੍ਰਾਫੀਨ ਲਈ ਸੰਭਾਵੀ ਬਨਾਮ ਸਮੇਂ ਦੇ ਪਲਾਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ।MnOx ਘੱਟ ਅਤੇ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਚੰਗੀ ਸਮੁੱਚੀ ਸਥਿਰਤਾ ਅਤੇ ORR ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਇਹ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇਹ ਹੋਰ ਅਨੁਕੂਲਤਾ ਲਈ ਢੁਕਵਾਂ ਹੈ।
1 M NaOH, 333 K, O2 ਵਹਾਅ ਦਰ 200 cm3/min ਵਿੱਚ 10 ਤੋਂ 100 mA/cm2 ਤੱਕ ਵਰਤਮਾਨ 'ਤੇ HDE ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੀ ਕ੍ਰੋਨੋਪੋਟੈਂਸ਼ੀਓਮੈਟਰੀ।
MnCo2O4 ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਸੀਮਾ ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ORR ਸਥਿਰਤਾ ਨੂੰ ਬਰਕਰਾਰ ਰੱਖਦਾ ਪ੍ਰਤੀਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਪਰ 50 ਅਤੇ 100 mA cm-2 ਦੀ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਵੱਡੇ ਓਵਰਵੋਲਟੇਜ ਵੇਖੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਜੋ ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ MnCo2O4 MnOx ਦੇ ਨਾਲ ਨਾਲ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨਹੀਂ ਕਰਦਾ ਹੈ।100 mA cm-2 'ਤੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਗਿਰਾਵਟ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਦੇ ਹੋਏ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ GDE ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਰੇਂਜ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸਭ ਤੋਂ ਘੱਟ ORR ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ।ਇਸ ਲਈ, ਚੁਣੀਆਂ ਗਈਆਂ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਸਥਿਤੀਆਂ ਦੇ ਤਹਿਤ, MnOx GDE ਨੂੰ Zn-ਏਅਰ ਸੈਕੰਡਰੀ ਸਿਸਟਮ ਵਿੱਚ ਹੋਰ ਟੈਸਟਾਂ ਲਈ ਚੁਣਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।