Nature.com گهمڻ لاءِ توهان جي مهرباني.توھان استعمال ڪري رھيا آھيو برائوزر ورزن محدود CSS سپورٽ سان.بهترين تجربي لاءِ، اسان سفارش ڪريون ٿا ته توهان هڪ اپڊيٽ ٿيل برائوزر استعمال ڪريو (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي بند ڪريو).ان کان علاوه، مسلسل حمايت کي يقيني بڻائڻ لاء، اسان سائيٽ کي بغير اسٽائل ۽ جاوا اسڪرپٽ ڏيکاريون ٿا.
سلائڊر ڏيکاريندڙ ٽي مضمون في سلائڊ.سلائڊ ذريعي منتقل ڪرڻ لاء پوئتي ۽ ايندڙ بٽڻ استعمال ڪريو، يا هر سلائڊ ذريعي منتقل ڪرڻ لاء آخر ۾ سلائڊ ڪنٽرولر بٽڻ استعمال ڪريو.
ثانوي Zn-ايئر بيٽرين لاءِ موثر، سستا ۽ پائيدار آڪسيجن جي گھٽتائي جي رد عمل (ORR) اليڪٽرڪٽريڪلسٽ وڏي اهميت رکن ٿا.سنگل ۽ مخلوط ڌاتو آڪسائيڊس ۽ ڪاربن اليڪٽرڪٽريڪلسٽس جي ORR سرگرمي جي تحقيق ڪئي وئي گھمڻ واري ڊسڪ اليڪٽرروڊ (RDE) جي ماپ، ٽفيل سلپ، ۽ ڪٽسڪي-ليوچ پلاٽ استعمال ڪندي.اهو معلوم ٿيو ته MnOx ۽ XC-72R جو ميلاپ اعلي PBP سرگرمي ۽ سٺي استحڪام ڏيکاري ٿو، 100 mA cm-2 تائين.منتخب ٿيل ORR اليڪٽروڊز جي ڪارڪردگي ۽ اڳ ۾ بهتر ڪيل آڪسيجن ارتقاء جي رد عمل (OER) اليڪٽرروڊ کي پوء ٽي اليڪٽرروڊ ترتيبن ۾ ڪسٽم تعمير ٿيل ثانوي زنڪ-ايئر بيٽري ۾ جانچيو ويو، ۽ موجوده کثافت، اليڪٽرولائٽ مولرٽي، درجه حرارت، آڪسيجن جي پاڪائي هئي. پڻ آزمائشي.ORR ۽ OER جون خاصيتوناليڪٽروڊس.آخرڪار، ثانوي زنڪ-ايئر سسٽم جي استحڪام جو جائزو ورتو ويو، 40 ڪلاڪ لاء 333 K تي 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ۾ 20 mA cm-2 تي 58-61٪ جي توانائي جي ڪارڪردگي جو مظاهرو ڪيو ويو.
آڪسيجن اليڪٽروڊس سان گڏ ڌاتو-ايئر بيٽرين کي انتهائي پرڪشش نظام سمجهيو ويندو آهي ڇاڪاڻ ته آڪسيجن اليڪٽروڊز لاءِ اليڪٽرڪ مواد آساني سان آس پاس جي ماحول مان حاصل ڪري سگھجن ٿا ۽ انهن کي اسٽوريج جي ضرورت ناهي 1.هي سسٽم ڊيزائن کي آسان بڻائي ٿو آڪسيجن اليڪٽرروڊ کي لامحدود ظرفيت ڏيڻ جي اجازت ڏئي ٿي، ان ڪري سسٽم جي توانائي جي کثافت وڌائي ٿي.تنهن ڪري، انوڊ مواد جهڙوڪ ليٿيم، ايلومينيم، لوهه، زنڪ، ۽ ميگنيشيم استعمال ڪندي ڌاتو-ايئر بيٽريون انهن جي بهترين مخصوص صلاحيت جي ڪري ظاهر ٿيا آهن.انهن مان، زنڪ ايئر بيٽريون قيمت، حفاظت، ۽ ماحولياتي دوستي لاء مارڪيٽ جي گهرج کي پورو ڪرڻ جي قابل آهن، ڇاڪاڻ ته زنڪ هڪ اينوڊ مواد جي طور تي ڪيتريون ئي گهربل خاصيتون آهن، جهڙوڪ آبي اليڪٽرولائٽس ۾ سٺي استحڪام، اعلي توانائي جي کثافت، ۽ گهٽ توازن.امڪاني.، اليڪٽرڪ ڪيميڪل ريورسيبلٽي، سٺي برقي چالکائي، گهڻائي ۽ هٿ ڪرڻ ۾ آساني 4,5.في الحال، جيتوڻيڪ پرائمري زنڪ ايئر بيٽريون ڪمرشل ايپليڪيشنن ۾ استعمال ٿينديون آهن جيئن ته ٻڌڻ واريون، ريلوي سگنلز ۽ نيويگيشن لائيٽون، ثانوي زنڪ ايئر بيٽرين ۾ ليٿيم بيڊ بيٽرين جي مقابلي ۾ اعليٰ توانائي جي کثافت جي صلاحيت هوندي آهي.اهو پوربلبل اليڪٽرانڪس، برقي گاڏين، گرڊ-اسڪيل انرجي اسٽوريج ۽ قابل تجديد توانائي جي پيداوار ۾ مدد ڏيڻ لاءِ زنڪ ايئر بيٽرين تي تحقيق جاري رکڻ 6,7 کي قابل قدر بڻائي ٿو.
اھم مقصدن مان ھڪڙو آھي ايئر اليڪٽرروڊ تي آڪسيجن جي رد عمل جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ، يعني آڪسيجن جي گھٽتائي جي رد عمل (ORR) ۽ آڪسيجن ارتقاء جي رد عمل (OER)، ثانوي Zn-ايئر بيٽرين جي تجارتي کي فروغ ڏيڻ لاء.انهي جي پڇاڙيء ۾، موثر electrocatalysts استعمال ڪري سگھجن ٿيون رد عمل جي شرح کي وڌائڻ ۽ اھڙيء طرح ڪارڪردگي وڌائڻ.هن وقت، آڪسيجن اليڪٽروڊس سان گڏ بائيفڪشنل ڪيٽالسٽس کي ادب ۾ چڱيءَ طرح بيان ڪيو ويو آهي 8,9,10.جيتوڻيڪ ٻه طرفي ڪيٽالسٽ اليڪٽروڊز جي جوڙجڪ کي آسان بڻائي سگهن ٿا ۽ وڏي پئماني تي منتقلي جي نقصان کي گهٽائي سگهن ٿا، جيڪي پيداوار جي قيمتن کي گهٽائڻ ۾ مدد ڪري سگهن ٿا، عملي طور تي، ڪيٽالسٽ جيڪي ORR لاءِ بهترين هوندا آهن اهي اڪثر OER لاءِ مناسب نه هوندا آهن، ۽ ان جي برعڪس 11.آپريٽنگ امڪانيات ۾ هي فرق ڪيٽالسٽ کي امڪانن جي وسيع رينج جي سامهون اچڻ جو سبب بڻائيندو آهي، جيڪو وقت سان گڏ ان جي مٿاڇري جي جوڙجڪ کي تبديل ڪري سگهي ٿو.ان کان علاوه، وچولي پابند توانائي جي وچ ۾ انحصار جو مطلب آهي ته ڪيٽالسٽ تي فعال سائيٽون هر ردعمل لاء مختلف ٿي سگهن ٿيون، جيڪي اصلاح کي پيچيده ڪري سگهن ٿيون.
ثانوي Zn-ايئر بيٽرين لاءِ ٻيو وڏو مسئلو آڪسيجن جي ڊيزائن آهياليڪٽرروڊ، خاص طور تي ڇاڪاڻ ته ORR ۽ OER لاءِ monofunctional catalysts مختلف ردعمل ميڊيا ۾ ڪم ڪن ٿا.آڪسيجن گيس کي ڪيٽيليٽڪ سائيٽن ۾ داخل ٿيڻ جي اجازت ڏيڻ لاءِ ORR گيس جي پکيڙ واري پرت کي هائيڊروفوبڪ هجڻ گهرجي، جڏهن ته OER لاءِ اليڪٽرروڊ مٿاڇري هائيڊروفيلڪ هجڻ گهرجي ته جيئن آڪسيجن بلبلن کي هٽائڻ ۾ آساني ٿئي.انجير تي.1 ڏيکاري ٿو ٽن عام ثانوي آڪسيجن اليڪٽرروڊ ڊزائينز جو هڪ جائزو مان ورتو ويو Jorissen12، يعني (i) ٻه طرفي monolayer catalysts، (ii) Double or multilayer catalysts، ۽ (iii) ٽرپل اليڪٽرروڊ ترتيب.
پهرين اليڪٽرروڊ ڊيزائن لاءِ، جنهن ۾ صرف هڪ پرت بائيفڪشنل ڪيٽالسٽ شامل آهي جيڪو هڪ ئي وقت ORR ۽ OER کي ڪيٽيلائيز ڪري ٿو، جيڪڏهن هڪ جھلي هن ڊزائن ۾ شامل ڪئي وڃي، ته پوءِ ڏيکاريل طور تي هڪ جھلي-اليڪٽروڊ اسمبلي (MEA) ٺهيل آهي.ٻئي قسم ۾ ٻه (يا وڌيڪ) ڪيٽيليسٽ بيڊ شامل آهن جن ۾ مختلف پورسيٽي ۽ هائڊرو فوبيڪيٽي شامل آهن ته جيئن رد عمل جي زونن 13,14,15 ۾ فرق جي حساب سان.ڪن حالتن ۾، ٻه ڪيٽيليٽڪ بيڊ جدا ٿين ٿا، جن ۾ OER جو هائيڊروفيلڪ پاسو اليڪٽرولائيٽ جي سامهون هوندو آهي ۽ ORR جو نيم هائيڊروفوبڪ پاسو اليڪٽروڊس 16، 17، 18 جي ​​کليل سرن جي سامهون هوندو آهي. هڪ سيل جنهن ۾ ٻه ردعمل هوندا آهن- مخصوص آڪسيجن اليڪٽرروڊس ۽ زنڪ اليڪٽرروڊ19,20.جدول S1 هر ڊزائن جي فائدن ۽ نقصانن جي فهرست ڏيکاري ٿو.
هڪ اليڪٽرروڊ ڊيزائن جو نفاذ جيڪو ORR ۽ OER ردعمل کي الڳ ڪري ٿو اڳ ۾ بهتر سائيڪلنگ استحڪام ڏيکاريو ويو آهي19.اهو خاص طور تي ٽن اليڪٽرروڊ ترتيبن لاءِ صحيح آهي، جتي غير مستحڪم ڪيٽيلسٽ ۽ ڪو-اضافو جي تباهي گهٽجي ويندي آهي ۽ آئوٽ گيسنگ پوري امڪاني حد تائين وڌيڪ ڪنٽرول لائق آهي.انهن سببن لاء، اسان هن ڪم ۾ ٽي-اليڪٽرروڊ Zn-ايئر ترتيب استعمال ڪيو.
هن آرٽيڪل ۾، اسان پهريون ڀيرو اعلي ڪارڪردگي ORR ڪيٽالسٽ چونڊيو ٿا مختلف منتقلي ڌاتو آڪسائيڊس، ڪاربوناسيس مواد، ۽ ريفرنس ڪيٽالسٽس کي گھمڻ واري ڊسڪ اليڪٽرروڊ (RDE) تجربن سان مقابلو ڪندي.منتقلي ڌاتو آڪسائيڊ انهن جي مختلف آڪسائيڊ رياستن جي ڪري سٺو اليڪٽرڪٽريڪلسٽس هوندا آهن؛انهن مرکبن جي موجودگي ۾ رد عمل وڌيڪ آساني سان ٺهڪندڙ آهن21.مثال طور، مينگنيز آڪسائيڊس، ڪوبالٽ آڪسائيڊس، ۽ ڪوبالٽ تي ٻڌل مليل آڪسائيڊس (جهڙوڪ NiCo2O4 ۽ MnCo2O4) 22,23,24 الڪلين حالتن ۾ سٺو ORR ڏيکارين ٿا ڇاڪاڻ ته انهن جي اڌ ڀريل ڊي-مرڪز جي ڪري، اليڪٽران توانائي جي سطح جيڪي اليڪٽران لاءِ اجازت ڏين ٿيون. ڪم ۽ بهتر ڪٽڻ جي آرام.ان کان سواء، اهي ماحول ۾ وڌيڪ گهڻا آهن ۽ قابل قبول برقي چالکائي، اعلي رد عمل ۽ سٺي استحڪام آهن.اهڙي طرح، ڪاربوناس مواد وڏي پيماني تي استعمال ڪيا ويا آهن، اعلي برقي چالکائي ۽ وڏي مٿاڇري واري علائقي جا فائدا آهن.ڪجهه حالتن ۾، هيٽروٽومس جهڙوڪ نائٽروجن، بوران، فاسفورس ۽ سلفر کي ڪاربان ۾ متعارف ڪرايو ويو آهي ان جي جوڙجڪ کي تبديل ڪرڻ لاء، انهن مواد جي ORR خاصيتن کي وڌيڪ بهتر بڻائي.
تجرباتي نتيجن جي بنياد تي، اسان گيس ڊفيوشن اليڪٽروڊس (GDE) ۾ چونڊيل OVR ڪيٽالسٽ شامل ڪيا ۽ انھن کي مختلف موجوده کثافتن تي آزمايو.سڀ کان وڌيڪ موثر ORR GDE ڪيٽيلسٽ وري اسان جي ڪسٽم ٽن اليڪٽرروڊ سيڪنڊري Zn-ايئر بيٽري ۾ گڏ ڪيو ويو ۽ ان سان گڏ اسان جي پوئين ڪم 26,27 ۾ بهتر ڪيل رد عمل مخصوص OER اليڪٽروڊز.انفرادي آڪسيجن اليڪٽروڊز جي امڪانن جي نگراني ڪئي وئي مسلسل ڊسچارج ۽ چارج سائيڪلنگ تجربن جي دوران آپريٽنگ حالتن جي اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ جيئن موجوده کثافت، اليڪٽرولائيٽ molarity، سيل آپريٽنگ گرمي پد، ۽ آڪسيجن جي پاڪائي.آخرڪار، Zn-ايئر ثانوي بيٽرين جي استحڪام جو جائزو ورتو ويو مسلسل سائيڪلنگ جي تحت بهتر آپريٽنگ حالتن جي تحت.
MnOx28 ڪيميائي ريڊڪس طريقي سان تيار ڪيو ويو: 0.04 M KMnO4 حل جو 50 ml (فشر سائنسي، 99٪) 100 ml جي 0.03 M Mn (CH3COO) 2 (فشر سائنسي، 98٪) ۾ شامل ڪيو ويو ته هڪ ناسي ٿلهو ٺاهڻ لاء.ملاوٽ کي پي ايڇ 12 سان ٺهڪندڙ سوڊيم هائيڊرو آڪسائيڊ سان ترتيب ڏنو وڃي ٿو، پوءِ 2500 rpm تي 3-5 ڀيرا سينٽرفيوز ڪيو وڃي ٿو ته جيئن ان کي گڏ ڪري سگهجي.ان کان پوءِ پرميگنيٽ آئن جو واڱڻائي رنگ غائب ٿي وڃڻ تائين ديوين ٿيل پاڻي سان ڌوئي ويو.آخرڪار، ذخيرو رات جو 333 K تي هوا ۾ خشڪ ٿي ويا ۽ پوء pulverized.
اسپنيل آڪسائيڊس Co3O4، NiCo2O4، ۽ MnCo2O4 حرارتي ٺهڻ سان ٺهيا ويا.NiCo2O4 ۽ MnCo2O4 0.5 M (14.5 g) nickel(II) نائٽريٽ هيڪسهائيڊريٽ، Ni(NO3)2⋅6H2O (فشر سائنسي، 99.9٪) يا 0.5 M (12.6 g) tetrahydrate manganite (IINNO) شامل ڪري تيار ڪيا ويا. ).)2 4H2O (Sigma Aldrich, ≥ 97%) ۽ 1 M (29.1 g) cobalt(II) nitrate hexahydrate, Co(NO3)2 6H2O (فشر سائنسي، 98+٪، ACS ريجنٽس) ميٿانول ۾ (فشر سائنسي.9٪، ) 100 ml dilution vials ۾.ميٿانول کي ننڍڙن حصن ۾ شامل ڪيو ويندو آهي منتقلي دھاتي نائٽريٽ ۾ مسلسل هلچل سان جيستائين هڪ هم جنس جو حل حاصل نه ٿئي.ان کان پوءِ حل کي هڪ صليب تي منتقل ڪيو ويو ۽ گرم پليٽ تي گرم ڪيو ويو، هڪ ڳاڙهو ڳاڙهي رنگ ڇڏي.سالڊ کي 648 K تي 20 ڪلاڪ لاءِ هوا ۾ رکيو ويو.نتيجي ۾ ٺھيل ٺھيل پوء چڱيء طرح پائوڊر ڪيو ويو.ڪو به ني (NO3)2 6H2O يا Mn(NO3)2 4H2O Co3O4 جي ٺهڻ دوران شامل ڪيو ويو.
300 m2/g (Sigma Aldrich) جي مٿاڇري واري علائقي سان گرافيني نانو شيٽ، گرافيني ڊاپڊ سان نائٽروجن (Sigma Aldrich)، ڪاربن بليڪ پائوڊر (Vulcan XC-72R، Cabot Corp.، 100%)، MnO2 (Sigma Aldrich) ۽ 5 wt.٪ Pt/C (Acros Organics) استعمال ڪيو ويو جيئن آھي.
RDE (Pine Research Instrumentation) ماپون استعمال ڪيا ويا 1 M NaOH ۾ مختلف ORR ڪيٽالسٽس جي سرگرمي کي جانچڻ لاءِ.هڪ ڪيٽيليٽڪ انڪ جنهن ۾ 1 ملي گرام ڪيٽيليسٽ + 1 ml ڊيونائيزڊ (DI) H2O + 0.5 ml isopropanol (IPA) + 5 µl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) استعمال ڪيو ويو جيئن آهي.جڏهن Vulcan XC-72R شامل ڪيو ويو، ڪيٽيليٽڪ پينٽ شامل ڪيو ويو 0.5 mg catalyst + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 ml DI HO + 0.5 ml IPA + 5 μl 5 wt% Nafion 117 مسلسل مواد جي لوڊشيڊنگ کي يقيني بڻائڻ لاءِ.مرکب کي 20 منٽن لاءِ سونيڪ ڪيو ويو ۽ 4 منٽن لاءِ 28,000 rpm تي Cole-Parmer LabGen 7 Series homogenizer استعمال ڪندي هڪجهڙائي ڪئي وئي.ان کان پوءِ مس کي 8 μl جي ٽن aliquots ۾ گلاس واري ڪاربان اليڪٽرروڊ (پائن انسٽرمينٽ ڪمپني) جي مٿاڇري تي لڳايو ويو جنهن جو قطر 4 ملي ميٽر (ڪم ڪندڙ علائقو ≈ 0.126 cm2) ۽ پرت جي وچ ۾ خشڪ ڪيو ويو ته جيئن ≈120 μg سينٽي ميٽر لوڊ ٿئي. -2.ايپليڪيشنن جي وچ ۾، شيشي واري ڪاربان اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري کي ڪاميابيءَ سان مائڪ ڪلوٿ (Buehler) ۽ 1.0 mm ۽ 0.5 mm الومينا پائوڊر (MicroPolish، Buehler) سان ويٽ پالش ڪيو ويو جنهن کان پوءِ deionized H2O ۾ سونيڪيشن.
ORR گيس ڊفيوشن اليڪٽرروڊ نموني تيار ڪيا ويا اسان جي اڳ بيان ڪيل پروٽوڪول 28 مطابق.پهريون، ڪيٽيلسٽ پائوڊر ۽ ولڪن XC-72R 1: 1 وزن جي تناسب ۾ ملايو ويو.ان کان پوء پوليٽيٽرافلووروٿيلين (PTFE) جو هڪ مرکب (60 wt.٪ H2O ۾) ۽ هڪ محلول IPA/H2O جي 1:1 جي تناسب سان خشڪ پائوڊر جي مرکب ۾ شامل ڪيو ويو.اٽڪل 20 منٽن لاءِ ڪيٽيليٽڪ پينٽ کي سونيڪ ڪريو ۽ 28,000 rpm تي تقريباً 4 منٽن لاءِ هوموجنائيز ڪريو.ان کان پوءِ انڪ کي پتلي طور تي اسپاتولا سان لڳايو ويو پري-ڪٽ ڪاربن پيپر تي 13 ملي ميٽر قطر (AvCarb GDS 1120) ۽ خشڪ ڪيو ويو جيستائين 2 mg cm2 جي ڪيٽالسٽ مواد پهچي نه وڃي.
OER اليڪٽروڊس ٺاهيا ويا هئا ڪيٿوڊڪ اليڪٽرروڊپوزيشن ذريعي Ni-Fe هائيڊروڪسائيڊ ڪيٽالسٽس هڪ 15mm x 15mm اسٽينلیس اسٽيل تيميش(DeXmet Corp, 4SS 5-050) جيئن ٻڌايو ويو 26,27.Electrodeposition هڪ معياري ٽي-اليڪٽروڊ اڌ سيل (تقريبن 20 cm3 جي هڪ پوليمر-ڪوٽيڊ شيشي جي سيل) ۾ Pt گرڊ سان ڪائونٽر اليڪٽرروڊ ۽ Hg/HgO ۾ 1 M NaOH ۾ ريفرنس اليڪٽروڊ طور ڪيو ويو.10 ملي ميٽر ٿلهي ڪاربان اسٽيل پنچ سان لڳ ڀڳ 0.8 سينٽي ميٽر 2 جي ايراضيءَ کي ڪٽڻ کان اڳ ڪيٽالسٽ ڪوٽيڊ اسٽينلیس سٹیل ميش کي هوا ۾ سڪي وڃڻ جي اجازت ڏيو.
مقابلي لاء، تجارتي ORR ۽ OER اليڪٽرروڊ استعمال ڪيا ويا جيئن وصول ڪيا ويا ۽ ساڳئي حالتن ۾ آزمائشي.ڪمرشل ORR اليڪٽرروڊ (QSI نانو گيس ڊفيوشن اليڪٽروڊ، ڪوانٽم اسپيئر، 0.35 ملي ميٽر ٿلهو) مينگنيز ۽ ڪاربان آڪسائيڊ تي مشتمل آهي جيڪو نڪيل ميش ڪرنٽ ڪليڪٽر سان گڏ ٿيل آهي، جڏهن ته ڪمرشل OER اليڪٽرروڊ (قسم 1.7، اسپيشل ميگنيٽو انوڊ، BV) جي ٿلهي 1.3 آهي. ايم ايم1.6 ملي ميٽر تائين وڌايو ويو ٽائيٽينيم ميش Ru-Ir مخلوط ڌاتو آڪسائيڊ سان گڏ.
ڪيٽالسٽن جي مٿاڇري جي شڪل ۽ ساخت کي FEI Quanta 650 FEG اسڪيننگ اليڪٽران مائيڪرو اسڪوپ (SEM) استعمال ڪيو ويو جيڪو اعلي ويڪيوم هيٺ ڪم ڪري ٿو ۽ 5 kV جي تيز رفتار وولٽيج.پائوڊر X-ray diffraction (XRD) ڊيٽا گڏ ڪيا ويا Bruker D8 Advance X-ray diffractometer تي ڪاپر ٽيوب ماخذ (λ = 1.5418 Å) سان گڏ ۽ تجزيو ڪيو ويو Bruker Diffraction Suite EVA سافٽ ويئر استعمال ڪندي.
سڀئي اليڪٽرڪ ڪيميڪل ماپون استعمال ڪيا ويا هڪ بايولوجيڪ SP-150 potentiostat ۽ EC-lab سافٽ ويئر استعمال ڪندي.RDE ۽ GDE جا نمونا هڪ ​​معياري ٽي اليڪٽرروڊ سيٽ اپ تي آزمايا ويا جن ۾ 200 cm3 جيڪٽ ٿيل شيشي جي سيل ۽ هڪ Laggin ڪيپيلري ريفرنس اليڪٽروڊ طور شامل آهي.Pt ميش ۽ Hg/HgO 1 M NaOH ۾ بالترتيب انسداد ۽ حوالو اليڪٽروڊ طور استعمال ڪيا ويا.
هر تجربي ۾ RDE ماپن لاءِ، تازو 1 M NaOH اليڪٽرولائيٽ استعمال ڪيو ويو، جنهن جو گرمي پد 298 K تي مسلسل گردش ڪندڙ پاڻي جي غسل (TC120، گرانٽ) استعمال ڪيو ويو.گيسس آڪسيجن (BOC) اليڪٽرولائيٽ ۾ بلبل ڪري رهي هئي هڪ شيشي جي فريٽ ذريعي 25-50 µm جي پورسيٽي سان گهٽ ۾ گهٽ 30 منٽ لاءِ هر تجربي کان اڳ.ORR پولرائزيشن وکر حاصل ڪرڻ لاء، امڪاني 0.1 کان -0.5 V (Hg/HgO جي نسبت سان) 5 mV s -1 جي اسڪين جي شرح تي 400 rpm تي اسڪين ڪيو ويو.50 mV s-1 جي شرح تي 0 ۽ -1.0 V ۽ Hg/HgO جي وچ ۾ صلاحيت کي ڇڪڻ سان سائڪڪ وولٽمگرام حاصل ڪيا ويا.
HDE ماپن لاءِ، 1 M NaOH اليڪٽرولائيٽ 333 K تي گردش ڪندڙ پاڻي جي غسل سان برقرار رکيو ويو.0.8 cm2 جو فعال علائقو 200 cm3/min جي شرح تي اليڪٽرروڊ جي پوئين پاسي تائين آڪسيجن جي مسلسل فراهمي سان اليڪٽرولائيٽ کي بي نقاب ڪيو ويو.ڪم ڪندڙ اليڪٽرروڊ ۽ ريفرنس اليڪٽرروڊ جي وچ ۾ مقرر فاصلو 10 ملي ميٽر هو، ۽ ڪم ڪندڙ اليڪٽرروڊ ۽ انسداد اليڪٽرروڊ جي وچ ۾ فاصلو 13-15 ملي ميٽر هو.Nickel تار ۽ mesh گئس پاسي تي برقي رابطي مهيا ڪري.اليڪٽرروڊ جي استحڪام ۽ ڪارڪردگي جو جائزو وٺڻ لاء 10، 20، 50 ۽ 100 mA cm-2 تي Chronopotentiometric ماپون ورتو ويو.
ORR ۽ OER الیکٹروڊ جي خاصيتن جو جائزو ورتو ويو 200 cm3 جيڪٽ ٿيل گلاس سيل ۾ PTFE29 داخل ڪرڻ سان.سسٽم جو هڪ اسڪيمي ڊراگرام تصوير S1 ۾ ڏيکاريل آهي.بيٽري ۾ اليڪٽرروڊ ٽن اليڪٽرروڊ سسٽم ۾ ڳنڍيل آهن.ڪم ڪندڙ اليڪٽروڊ الڳ الڳ رد عمل جي مخصوص ORR ۽ OER اليڪٽروڊس تي مشتمل هوندو آهي جيڪو هڪ رلي ماڊل (Songle, SRD-05VDC-SL-C) ۽ هڪ مائڪرو ڪنٽرولر (Raspberry Pi 2014© model B+V1.2) سان ڳنڍيل آهي زنڪ انوڊ سان.هڪ جوڙي جي طور تي اليڪٽروڊس ۽ ريفرنس اليڪٽروڊ Hg/HgO 4 M NaOH ۾ زنڪ انوڊ کان 3 ملي ايم جي فاصلي تي هئا.Raspberry Pi ۽ Relay Module کي هلائڻ ۽ ڪنٽرول ڪرڻ لاءِ Python اسڪرپٽ لکيو ويو آهي.
سيل کي تبديل ڪيو ويو زنڪ ورق انوڊ (Goodfellow، 1 ملي ميٽر ٿلهو، 99.95٪) ۽ هڪ پوليمر ڍڪڻ جي اجازت ڏني وئي ته اليڪٽروڊس کي تقريبن 10 ميٽر جي هڪ مقرر فاصلي تي رکيل هجي.4 ملي ميٽر جي فاصلي تي.نائٽريل ربر پلگ لڪ ۾ اليڪٽرروڊس کي مقرر ڪيو، ۽ نڪيل تار (الفا ايسر، 0.5 ملي ايم قطر، اينيلڊ، 99.5٪ ني) اليڪٽرروڊس جي برقي رابطن لاء استعمال ڪيا ويا.زنڪ ورق انوڊ کي پھريون آئوسوپروپنول سان صاف ڪيو ويو ۽ پوءِ ڊيونائيزڊ پاڻي سان، ۽ ورق جي مٿاڇري کي پوليو پروپلين ٽيپ سان ڍڪيو ويو (ايون، AVN9811060K، 25 µm ٿلهو) لڳ ڀڳ 0.8 cm2 جي فعال علائقي کي بي نقاب ڪرڻ لاءِ.
سڀئي سائيڪلنگ تجربا 4 M NaOH + 0.3 M ZnO اليڪٽرولائيٽ ۾ 333 K تي ڪيا ويا جيستائين ٻي صورت ۾ نوٽ ڪيو وڃي.شڪل ۾، Ewe Hg/HgO جي حوالي سان آڪسيجن اليڪٽرروڊ (ORR ۽ OER) جي صلاحيت ڏانهن اشارو ڪري ٿو، Ece Hg/HgO جي حوالي سان زنڪ اليڪٽرروڊ جي امڪاني نمائندگي ڪري ٿو، Ecell Hg/HgO جي حوالي سان مڪمل نمائندگي ڪري ٿو. سيل جي صلاحيت يا امڪاني فرق.ٻن بيٽري جي امڪانن جي وچ ۾.200 cm3/min جي مسلسل وهڪري جي شرح تي OPP اليڪٽرروڊ جي پوئين پاسي آڪسيجن يا کمپريس ٿيل هوا فراهم ڪئي وئي.اليڪٽروڊز جي سائيڪلنگ جي استحڪام ۽ ڪارڪردگي جو اڀياس ڪيو ويو موجوده کثافت 20 mA cm-2، هڪ چڪر جو وقت 30 منٽ، ۽ OCV باقي وقت 1 منٽ جي وچ ۾ هر اڌ چڪر جي وچ ۾.هر ٽيسٽ لاءِ گهٽ ۾ گهٽ 10 چڪر لڳايا ويا، ۽ ڊيٽا ڪڍيا ويا چڪر 1، 5 ۽ 10 مان ڪڍيا ويا ته جيئن وقت سان گڏ اليڪٽروڊس جي حالت جو اندازو لڳايو وڃي.
ORR ڪيٽيلسٽ جي مورفولوجي کي SEM (Fig. 2) جي خصوصيت ڏني وئي، ۽ پاؤڊر X-ray diffraction جي ماپن نموني جي ڪرسٽل ڍانچي جي تصديق ڪئي (Fig. 3).ڪيٽالسٽ نمونن جا ساختي معيار جدول 1 ۾ ڏنل آهن. 1. جڏهن ميگنيز آڪسائيڊ جو مقابلو ڪيو وڃي ته انجير ۾ تجارتي MnO2.2a وڏن ذرڙن تي مشتمل آھي، ۽ تصوير 3a ۾ تفاوت جو نمونو ٽيٽراگونل β-MnO2 لاءِ JCPDS 24-0735 سان ملندو آھي.ان جي برعڪس، تصوير 2b ۾ MnOx جي مٿاڇري تي نفيس ۽ نفيس ذرڙا ڏيکاريا ويا آهن، جيڪي تصوير 66° ۾ تفاوت جي نموني سان ملن ٿا، چوٽي (110)، (220)، (310)، (211)، ۽ (541) tetrahedrally جو مرڪز α-MnO2 هائيڊريٽ، JCPDS 44-014028.
(a) MnO2، (b) MnOx، (c) Co3O4، (d) NiCo2O4، (e) MnCo2O4، (f) Vulcan XC-72R، (g) گرافين، (h) نائٽروجن ڊاپڊ گرافين، (۽) 5 wt % Pt/C
ايڪس ري نمونن جا (a) MnO2، (b) MnOx، (c) Co3O4، (d) NiCo2O4، (e) MnCo2O4، (f) Vulcan XC-72R، نائٽروجن-ڊوپيڊ گرافين ۽ گرافين، ۽ (g) 5 % پلاٽينم / ڪاربان.
انجير تي.2c-e، ڪوبالٽ Co3O4، NiCo2O4، ۽ MnCo2O4 تي ٻڌل آڪسائيڊس جي سطحي شڪل بي ترتيب اندازي جي ذرڙن جي ڪلستر تي مشتمل آهي.انجير تي.3c-e ڏيکاريو ته اهي سڀئي منتقليڌاتوآڪسائيڊس ۾ اسپنل ڍانچي ۽ ساڳي ڪعبي ڪرسٽل سسٽم (JCPDS 01-1152، JCPDS 20-0781، ۽ JCPDS 23-1237، ترتيب سان).اهو ظاهر ڪري ٿو ته حرارتي خراب ٿيڻ جو طريقو انتهائي ڪرسٽل ميٽيل آڪسائيڊز پيدا ڪرڻ جي قابل آهي، جيئن ته مضبوط چڱي طرح بيان ڪيل چوٽي جي تفاوت جي نموني ۾ ثابت ٿئي ٿي.
ڪاربان مواد جون SEM تصويرون وڏيون تبديليون ڏيکارين ٿيون.انجير تي.2f Vulcan XC-72R ڪاربن بليڪ گھڻن ڀريل نانو پارٽيڪلن تي مشتمل آھي.ان جي برعڪس، تصوير 2g ۾ گرافيني جو ظهور انتهائي خراب ٿيل پليٽون آهن جن ۾ ڪجهه مجموعا آهن.بهرحال، N-doped graphene (Fig. 2h) پتلي تہن تي مشتمل نظر اچي ٿو.Vulcan XC-72R، تجارتي گرافيني نانوشيٽس، ۽ انجير ۾ N-doped گرافين جي لاڳاپيل ايڪس-ري تفاوت جا نمونا.3f (002) ۽ (100) ڪاربان چوٽي جي 2θ قدرن ۾ ننڍيون تبديليون ڏيکاريو.Vulcan XC-72R JCPDS 41-1487 ۾ هڪ هيڪساگونل گريفائٽ جي طور تي سڃاڻپ ڪئي وئي آهي جنهن ۾ چوٽيون (002) ۽ (100) ترتيب سان 24.5° ۽ 43.2° تي ظاهر ٿين ٿيون.اهڙي طرح، (002) ۽ (100) N-doped گرافين جون چوٽيون 26.7 ° ۽ 43.3 ° تي ظاهر ٿين ٿيون.Vulcan XC-72R ۽ nitrogen-doped graphene جي X-ray جي تفاوت جي نمونن ۾ پس منظر جي شدت انهن جي سطح جي مورفولوجي ۾ انهن مواد جي انتهائي خراب طبيعت جي ڪري آهي.ان جي ابتڙ، گرافيني نانوشيٽس جو تفاوت نمونو ڏيکاري ٿو هڪ تيز، شديد چوٽي (002) 26.5 ° تي ۽ هڪ ننڍڙي وسيع چوٽي (100) 44 ° تي، هن نموني جي وڌيڪ ڪرسٽل نوعيت جي نشاندهي ڪري ٿي.
آخر ۾، انجير ۾.2i SEM تصوير 5 wt.% Pt/C ڏيکاري ٿي راڊ جي شڪل واري ڪاربن جا ٽڪرا گول ويڊس سان.ڪعبي Pt 5 wt% Pt/C تفاوت جي نمونن مان اڪثر چوٽي مان طئي ڪيو ويندو آهي تصوير 3g ۾، ۽ 23° تي چوٽي موجود ڪاربان جي (002) چوٽي سان ملندڙ جلندڙ آهي.
5 mV s-1 جي سوائپ جي شرح تي هڪ لڪير سوائپ ORR ڪيٽيليسٽ وولٽمگرام رڪارڊ ڪيو ويو.وڏي پئماني تي منتقلي جي حدن جي ڪري، گڏ ڪيل نقشا (تصوير 4a) عام طور تي S-شڪل ۾ وڌيڪ ناڪاري امڪانن سان پليٽيو تائين وڌندا آهن.محدود موجوده کثافت، jL، امڪاني E1/2 (جتي j/jL = ½) ۽ شروعاتي امڪان -0.1 mA cm-2 انهن پلاٽن مان ڪڍيا ويا ۽ جدول 2 ۾ درج ڪيا ويا. اهو نوٽ ڪرڻ لائق آهي ته انجير ۾.4a، ڪيٽالسٽس کي سندن E1/2 امڪانن جي مطابق ان ۾ ورهائي سگھجي ٿو: (I) ڌاتو آڪسائيڊس، (II) ڪاربوناسيس مواد، ۽ (III) عظيم ڌاتو.
(a) ڪيٽيليسٽ ۽ (b) ڪيٽالسٽ جي هڪ پتلي فلم ۽ XC-72R جي لينيئر سويپ وولٽمگرام، 400 rpm تي RDE گلاسي ڪاربن پروب تي ماپيل 5 mV s-1 جي اسڪين جي شرح سان O2 saturation ۾ 298 K ۾ 1. M NaOH cf.
گروپ I ۾ Mn ۽ Co جا انفرادي ڌاتو آڪسائيڊز بالترتيب -0.17 V ۽ -0.19 V جي ابتدائي صلاحيت ڏيکارين ٿا، ۽ E1/2 قدر -0.24 ۽ -0.26 V جي وچ ۾ آهن. انهن ڌاتو آڪسائيڊ جي گهٽتائي واري رد عمل کي مساوات ۾ پيش ڪيو ويو آهي. .(1) ۽ (2)، جيڪي تصوير ۾ شروعاتي امڪانن جي اڳيان ظاهر ٿيندا آهن.4a مساوات ۾ ORR اڻ سڌي رستي جي پهرين قدم 2e جي معياري صلاحيت سان ملائي ٿو.(3).
ساڳي گروپ ۾ مليل ميٽيل آڪسائيڊس MnCo2O4 ۽ NiCo2O4 ترتيبوار -0.10 ۽ -0.12 V تي ٿورڙي صحيح ابتدائي صلاحيت ڏيکارين ٿا، پر E1/2 قدرن کي 10.−0.23 وولٽس برقرار رکن ٿا.
گروپ II ڪاربان مواد گروپ I ميٽيل آڪسائيڊز کان وڌيڪ مثبت E1/2 قدر ڏيکاري ٿو.گرافيني مواد ۾ -0.07 V جي ابتدائي صلاحيت آهي ۽ هڪ E1/2 قدر -0.11 V آهي، جڏهن ته هڪ ابتدائي صلاحيت ۽ E1/2 جو 72R Vulcan XC- آهن -0.12V ۽ -0.17V.گروپ III ۾، 5 wt٪ Pt/C 0.02 V تي سڀ کان وڌيڪ مثبت ابتدائي صلاحيت ڏيکاريا، ھڪڙو E1/2 جو -0.055 V، ۽ وڌ ۾ وڌ حد -0.4 V تي، ڇاڪاڻ ته آڪسيجن جي گھٽتائي 4e رستي جي موجوده کثافت ذريعي ٿي. .ان ۾ پڻ گھٽ ۾ گھٽ E1/2 آهي Pt/C جي اعلي چالکائي ۽ ORR رد عمل جي واپسي واري ڪينيٽيڪس جي ڪري.
شڪل S2a مختلف ڪيٽالسٽن لاءِ ٽفيل سلوپ جو تجزيو پيش ڪري ٿو.5 wt.% Pt/C جو متحرڪ ڪنٽرول علائقو Hg/HgO جي حوالي سان 0.02 V تي شروع ٿئي ٿو، جڏهن ته ڌاتو آڪسائيڊ ۽ ڪاربان مواد جو علائقو -0.03 کان -0.1 V تائين ناڪاري امڪانن جي حد ۾ آهي. Tafel Pt/C لاءِ -63.5 mV ss-1 آهي، جيڪو Pt لاءِ عام آهي گهٽ موجوده کثافت تي dE/d log i = -2.3 RT/F31.32 جنهن ۾ شرح طئي ڪرڻ واري مرحلي ۾ آڪسيجن جي فزيسورپشن کان منتقلي شامل آهي. ڪيميسورپشن 33,34.ڪاربان مواد لاءِ Tafel Slope Values ​​ساڳئي علائقي ۾ Pt/C (-60 کان -70 mV div-1) ۾ آهن، اهو مشورو ڏئي ٿو ته انهن مواد ۾ ساڳيا ORR رستا آهن.Co ۽ Mn جي انفرادي ڌاتو آڪسائيڊ رپورٽ Tafel slopes جي حد تائين -110 کان -120 mV dec-1، جيڪو dE/d log i = -2.3 2RT/F آهي، جتي شرح طئي ڪرڻ وارو مرحلو پهريون اليڪٽران آهي.منتقلي جو مرحلو 35, 36. ٿوري مٿاهين سلپ ويلز لاءِ رڪارڊ ڪيل مليل ميٽيل آڪسائيڊس NiCo2O4 ۽ MnCo2O4، اٽڪل -170 mV ڊسمبر-1، آڪسائيڊ جي مٿاڇري تي OH- ۽ H2O آئنز جي موجودگي کي ظاهر ڪن ٿا، جيڪي آڪسيجن جي جذب کي روڪين ٿا ۽ اليڪٽران جي منتقلي، ان ڪري آڪسيجن کي متاثر ڪري ٿو.گھٽتائي جو رستو 35.
Kutetsky-Levich (KL) مساوات مختلف ڪيٽيليسٽ نمونن لاءِ متحرڪ ردعمل جي ماپن کي طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو بغير ڪاميٽي جي منتقلي جي.مساوات ۾.(4) ڪل ماپيل موجوده کثافت j اليڪٽران جي منتقلي ۽ ڪاميٽي جي منتقلي جي موجوده کثافت جو مجموعو آهي.
مساوات کان.(5) محدود موجوده کثافت jL گردش جي رفتار جي چورس روٽ جي متناسب آهي.تنهن ڪري، KL مساوات.(6) j−1 بمقابله ω−1//2 جي هڪ لائين گراف کي بيان ڪري ٿو، جتي چونڪ جو نقطو jk آهي ۽ گراف جي سلپ K آهي.
جتي ν اليڪٽرولائيٽ 1 M NaOH (1.1 × 10–2 cm2 s–1)37 جي ڪائنيميٽڪ ويسڪوسيٽي آهي، D 1 M NaOH (1.89 × 10–5 cm2 s–1)38، ω ۾ O2 جو ڊفيوشن ڪوئفيشيٽ آهي. آھي rpm گھمڻ جي رفتار آھي، C بلڪ حل ۾ آڪسيجن ڪنسنٽريشن آھي (8.4 × 10–7 mol cm–3)38.
100، 400، 900، 1600، ۽ 2500 rpm تي RDE استعمال ڪندي لڪير سان ڀريل وولٽمگرام گڏ ڪريو.قدر کنيا ويا -0.4 V کان محدود ماس جي منتقلي واري علائقي ۾ KL ڊراگرام کي پلاٽ ڪرڻ لاءِ، يعني -j-1 بمقابله ω-1//2 ڪيٽالسٽ لاءِ (Fig. S3a).مساوات استعمال ڪريو.مساواتن (6) ۽ (7) ۾، ڪيٽالسٽ جي ڪارڪردگي جا اشارا، جهڙوڪ ڪنيٽيڪڪ ڪرنٽ کثافت، ماس ٽرانسفر jk جي اثرن کي نظر ۾ رکڻ کان سواءِ، y محور سان چوڪ جي نقطي ذريعي طئي ٿيل آهن، ۽ ان جو تعداد. اليڪٽران جي منتقلي کي وکر جي گريجوئيٽ K طرفان طئي ڪيو ويندو آهي.اهي جدول 2 ۾ درج ٿيل آهن.
5 wt% Pt/C ۽ XC-72R وٽ گھٽ ۾ گھٽ مطلق jk قدر آھن، انھن مواد لاءِ تيز رفتار ڪينيٽيڪس جي نشاندهي ڪن ٿا.بهرحال، XC-72R وکر جي سلپ لڳ ڀڳ ٻه ڀيرا آهي 5 wt٪ Pt/C لاءِ، جنهن جي توقع ڪئي وڃي ٿي ته K آڪسيجن جي گھٽتائي جي رد عمل دوران منتقل ٿيل اليڪٽرانن جي تعداد جو اشارو آهي.نظرياتي طور تي، 5 wt٪ Pt/C لاءِ KL پلاٽ کي 39 اصل مان گذرڻ گهرجي محدود ماس منتقلي جي حالتن هيٺ، جڏهن ته اهو تصوير S3a ۾ نه ڏٺو ويو آهي، نتيجن کي متاثر ڪندڙ متحرڪ يا وسعت واري حدن جو مشورو ڏئي ٿو.اهو ٿي سگهي ٿو ڇاڪاڻ ته Garsani et al.40 ڏيکاريو ويو آهي ته Pt/C ڪيٽيليٽڪ فلمن جي ٽوپولوجي ۽ مورفولوجي ۾ ننڍيون تضادون ORR سرگرمي جي قدرن جي درستگي کي متاثر ڪري سگهن ٿيون.تنهن هوندي به، جيئن ته سڀئي ڪيٽيلسٽ فلمون ساڳئي طريقي سان تيار ڪيون ويون آهن، نتيجن تي ڪو به اثر سڀني نموني لاء ساڳيو هجڻ گهرجي.≈ -0.13 mA-1 cm2 جو graphene KL ڪراس پوائنٽ XC-72R جي مقابلي ۾ آهي، پر N-doped graphene KL گراف لاءِ -0.20 mA-1 cm2 ڪراس پوائنٽ اشارو ڪري ٿو ته موجوده کثافت وڌيڪ آهي ان تي منحصر آهي. ڪيٽيليٽڪ ڪنورٽر تي وولٹیج.اهو شايد ان حقيقت جي ڪري ٿي سگهي ٿو ته گرافين جي نائيٽروجن ڊاپنگ مجموعي برقي چالکائي کي گھٽائي ٿي، نتيجي ۾ سست اليڪٽران جي منتقلي ڪينيٽيڪس.ان جي ابتڙ، نائيٽروجن-ڊاپڊ گرافيني جو مطلق K قدر گرافين جي ڀيٽ ۾ ننڍو آهي ڇاڪاڻ ته نائيٽروجن جي موجودگي ORR41,42 لاءِ وڌيڪ فعال سائيٽون ٺاهڻ ۾ مدد ڪري ٿي.
مينگنيز تي ٻڌل آڪسائيڊز لاء، سڀ کان وڏي مطلق قدر جو چونڪ پوائنٽ ڏٺو ويو آهي - 0.57 mA-1 cm2.تنهن هوندي به، MnOx جي مطلق K قدر MnO2 جي ڀيٽ ۾ تمام گهٽ آهي ۽ 5 wt٪ جي ويجهو آهي.%Pt/Cاليڪٽران جي منتقلي جا انگ مقرر ڪيا ويا لڳ ڀڳ.MnOx 4 آهي ۽ MnO2 2 جي ويجهو آهي. اهو ادب ۾ شايع ٿيل نتيجن سان مطابقت رکي ٿو، جيڪي رپورٽ ڪن ٿا ته α-MnO2 ORR رستي ۾ اليڪٽران جي منتقلي جو تعداد 4 آهي، جڏهن ته β-MnO243 عام طور تي 4 کان گهٽ آهي. ، ORR رستا مختلف پوليمورفڪ فارمن لاءِ ڪيٽالسٽس جي بنياد تي مينگانيز آڪسائيڊ جي بنياد تي مختلف آهن، جيتوڻيڪ ڪيميائي مرحلن جي شرح لڳ ڀڳ ساڳي رهي ٿي.خاص طور تي، MnOx ۽ MnCo2O4 ڪيٽالسٽن وٽ اليڪٽران جي منتقلي جا انگ 4 کان ٿورو وڌيڪ هوندا آهن ڇاڪاڻ ته انهن ڪيٽالسٽن ۾ موجود مينگانيز آڪسائيڊ جي گهٽتائي آڪسيجن جي گھٽتائي سان گڏ ٿيندي آهي.پوئين ڪم ۾، اسان ڏٺو ته ميگنيز آڪسائيڊ جي برقي ڪيميائي گهٽتائي ساڳئي امڪاني حد ۾ ٿئي ٿي جيئن نائيٽروجن 28 سان ڀريل حل ۾ آڪسيجن جي گھٽتائي.پاسي جي رد عمل جو حصو 4 کان ٿورو وڌيڪ اليڪٽرانن جي ڳڻپيوڪر تعداد ڏانهن وڌي ٿو.
Co3O4 جو چونڪ ≈ −0.48 mA-1 cm2 آهي، جيڪو مينگانيز آڪسائيڊ جي ٻن شڪلن کان گهٽ منفي آهي، ۽ ظاهري اليڪٽران جي منتقلي جو تعداد K جي برابر 2 جي قيمت سان طئي ڪيو ويندو آهي. NiCo2O4 ۾ Ni ۽ Mn کي MnCo2O4 ۾ تبديل ڪرڻ Co جي ذريعي مطلق قدر K ۾ گهٽتائي ٿي، جيڪا مخلوط ڌاتو آڪسائيڊز ۾ اليڪٽران جي منتقلي ڪينيٽيڪس ۾ بهتري جي نشاندهي ڪري ٿي.
ڪاربن جي ذيلي ذخيري کي ORR ڪيٽيليسٽ مس ۾ شامل ڪيو ويو آهي برقي چالکائي کي وڌائڻ ۽ گيس ڊفيوشن اليڪٽرروڊس ۾ مناسب ٽن مرحلن واري حد جي ٺهڻ جي سهولت لاءِ.Vulcan-XC-72R کي ان جي گھٽ قيمت، 250 m2·g-1 جي وڏي مٿاڇري واري ايراضي، ۽ 0.08 کان 1 Ω·cm44.45 جي گھٽ مزاحمت جي ڪري چونڊيو ويو.400 rpm تي Vulcan XC-72R سان مليل ڪيٽالسٽ نموني جو هڪ LSV پلاٽ تصوير 1. 4b ۾ ڏيکاريل آهي.Vulcan XC-72R شامل ڪرڻ جو سڀ کان وڌيڪ واضح اثر حتمي موجوده کثافت کي وڌائڻ آهي.نوٽ ڪريو ته هي ميٽيل آڪسائيڊز لاءِ وڌيڪ قابل ذڪر آهي، هڪ اضافي 0.60 mA cm-2 واحد دھاتي آڪسائيڊز لاءِ، 0.40 mA cm-2 مخلوط ڌاتو آڪسائيڊس لاءِ، ۽ 0.28 mA cm-2 گرافيني ۽ ڊاپڊ گرافين لاءِ.N. شامل ڪريو 0.05 mA cm-2.-2.Vulcan XC-72R کي ڪيٽالسٽ انڪ ۾ شامل ڪرڻ جي نتيجي ۾ شروعاتي صلاحيت ۾ مثبت تبديلي ۽ E1/2 اڌ موج جي امڪاني سڀني ڪيٽالسٽن لاءِ گرافين کانسواءِ.اهي تبديليون ممڪن نتيجا ٿي سگهن ٿيون اليڪٽرڪ ڪيميڪل مٿاڇري واري علائقي جي استعمال 46 ۽ بهتر رابطي 47 جي وچ ۾ ڪيٽالسٽ ذرڙن جي وچ ۾ سپورٽ Vulcan XC-72R ڪيٽالسٽ.
انهن ڪيٽيلسٽ مرکبن لاءِ لاڳاپيل ٽفيل پلاٽ ۽ ڪنيٽيڪل پيٽرولر ترتيب ڏنل شڪل S2b ۽ جدول 3 ۾ ڏيکاريا ويا آهن.Tafel Slope Values ​​MnOx ۽ گرافيني مواد لاءِ ساڳيا هئا XC-72R سان ۽ بغير، ظاهر ڪن ٿا ته انهن جا ORR رستا متاثر نه ٿيا.جڏهن ته، ڪوبالٽ تي ٻڌل آڪسائيڊس Co3O4، NiCo2O4 ۽ MnCo2O4 ننڍيون منفي ٽفيل سلوپ جون قيمتون ڏنيون -68 ۽ -80 mV dec-1 جي وچ ۾ XC-72R سان ميلاپ ۾ ORR رستي ۾ تبديلي جو اشارو.شڪل S3b ڏيکاري ٿو هڪ KL پلاٽ هڪ ڪيٽيلسٽ نموني لاءِ هڪ Vulcan XC-72R سان گڏ.عام طور تي، jk جي مطلق قدرن ۾ گھٽتائي سڀني ڪيٽالسٽن لاءِ ملايو ويو XC-72R سان.MnOx jk جي مطلق قدر ۾ 55 mA-1 cm2 جي سڀ کان وڏي گهٽتائي ڏيکاري، جڏهن ته NiCo2O4 32 mA-1 cm-2 جي گهٽتائي رڪارڊ ڪئي، ۽ graphene 5 mA-1 cm2 جي ننڍڙي گهٽتائي ڏيکاري.اهو نتيجو ڪري سگهجي ٿو ته Vulcan XC-72R جو اثر ڪيٽيليسٽ جي ڪارڪردگي تي او وي آر جي لحاظ کان ڪيٽيلسٽ جي شروعاتي سرگرمي تائين محدود آهي.
Vulcan XC-72R NiCo2O4، MnCo2O4، گرافيني، ۽ نائٽروجن-ڊوپيڊ گرافين جي K قدرن کي متاثر نٿو ڪري.جڏهن ته، Co3O4 جي K قدر Vulcan XC-72R جي اضافي سان خاص طور تي گهٽجي وئي، ORR پاران منتقل ٿيل اليڪٽران جي تعداد ۾ اضافو ظاهر ڪري ٿو.اهڙي co3O4 جي ڪاربان جزن سان هم آهنگي ريف ۾ ٻڌايو ويو آهي.48, 49. ڪاربان سپورٽ جي غير موجودگيءَ ۾، Co3O4 HO2- کان O2 ۽ OH-50.51 جي غير تناسب کي فروغ ڏيڻ لاءِ سوچيو ويندو آهي، جيڪو Co3O4 جي اليڪٽران ٽرانسفر نمبر 2 جي ٽيبل 2 سان سٺي موافقت ۾ آهي. ڪاربان سبسٽريٽس تي Co3O4 جي جسماني جذب جي توقع ڪئي وئي آهي ته هڪ 2 + 2 چار-اليڪٽران ORR pathway52 پيدا ٿئي ٿو جيڪو پهريان O2 کي HO2 کي اليڪٽرروڊ ڪري ٿو- Co3O4 ڪيٽالسٽ ۽ ولڪن XC-72R (مساوات 1) جي انٽرفيس تي ۽ پوءِ HO2 - تيزيءَ سان ناس ٿيل. دھات جي آڪسائيڊ مٿاڇري کي O2 ۾ تبديل ڪيو ويندو آهي جنهن جي پٺيان اليڪٽرروڊڪشن.
ان جي ابتڙ، K MnOx جي مطلق قيمت Vulcan XC-72R جي اضافي سان وڌي وئي، جيڪا 4.6 کان 3.3 تائين اليڪٽران جي منتقلي نمبر ۾ گهٽتائي جي نمائندگي ڪري ٿي (ٽيبل 3).اهو ٻن اسٽيج اليڪٽران رستي لاءِ ڪاربان ڪيٽيليسٽ جامع تي ٻن سائيٽن جي موجودگي جي ڪري آهي.O2 کان HO2 جي ابتدائي گھٽتائي ڪاربن سپورٽ تي وڌيڪ آساني سان ٿئي ٿي، نتيجي ۾ ORR53 جي ٻن اليڪٽران رستي لاءِ ٿورو وڌيل ترجيح.
ڪيٽيليسٽ جي استحڪام جو جائزو ورتو ويو GDE اڌ سيل ۾ موجوده کثافت جي حد ۾.انجير تي.5 GDE MnOx، MnCo2O4، NiCo2O4، گرافيني، ۽ نائٽروجن-ڊوپيڊ گرافين لاءِ امڪاني وقت جي مقابلي ۾ پلاٽ ڏيکاري ٿو.MnOx ڏيکاري ٿو سٺي مجموعي استحڪام ۽ ORR ڪارڪردگي گهٽ ۽ اعلي موجوده کثافت تي، اهو مشورو ڏئي ٿو ته اهو وڌيڪ بهتر ڪرڻ لاء مناسب آهي.
1 M NaOH، 333 K، O2 جي وهڪري جي شرح 200 cm3/min ۾ 10 کان 100 mA/cm2 موجوده تي HDE نموني جي Chronopotentiometry.
MnCo2O4 موجوده کثافت جي حد ۾ سٺي ORR استحڪام کي برقرار رکڻ لاء پڻ ظاهر ٿئي ٿو، پر 50 ۽ 100 mA cm-2 جي اعلي موجوده کثافت تي وڏي اوور وولٽيجز جو مشاهدو ڪيو ويو آهي ته MnCo2O4 پڻ MnOx سان گڏ ڪم نٿو ڪري.گرافيني GDE موجوده کثافت جي حد تي آزمائشي سڀ کان گھٽ ORR ڪارڪردگي ڏيکاري ٿي، 100 mA cm-2 تي ڪارڪردگي ۾ تيز گهٽتائي ڏيکاري ٿي.تنهن ڪري، چونڊيل تجرباتي حالتن جي تحت، MnOx GDE کي Zn-ايئر سيڪنڊري سسٽم ۾ وڌيڪ تجربن لاء چونڊيو ويو.