Nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තුතියි.ඔබ සීමිත CSS සහය ඇති බ්‍රවුසර අනුවාදයක් භාවිතා කරයි.හොඳම අත්දැකීම සඳහා, ඔබ යාවත්කාලීන කළ බ්‍රවුසරයක් භාවිතා කරන ලෙස අපි නිර්දේශ කරමු (නැතහොත් Internet Explorer හි අනුකූලතා මාදිලිය අක්‍රිය කරන්න).ඊට අමතරව, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, අපි විලාසිතා සහ JavaScript නොමැතිව වෙබ් අඩවිය පෙන්වමු.
එක් ස්ලයිඩයකට ලිපි තුනක් පෙන්වන ස්ලයිඩර්.ස්ලයිඩ හරහා ගමන් කිරීමට පසුපස සහ ඊළඟ බොත්තම් භාවිතා කරන්න, එක් එක් විනිවිදක හරහා ගමන් කිරීමට අවසානයේ ඇති ස්ලයිඩ පාලක බොත්තම් භාවිතා කරන්න.
කාර්යක්ෂම, මිල අඩු සහ කල් පවතින ඔක්සිජන් අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාව (ORR) විද්‍යුත් උත්ප්‍රේරක ද්විතියික Zn-වායු බැටරි සඳහා ඉතා වැදගත් වේ.තනි සහ මිශ්‍ර ලෝහ ඔක්සයිඩ සහ කාබන් විද්‍යුත් උත්ප්‍රේරකවල ORR ක්‍රියාකාරකම් භ්‍රමණය වන තැටි ඉලෙක්ට්‍රෝඩ (RDE) මිනුම්, ටෆෙල් බෑවුම් සහ කුටෙට්ස්කි-ලෙවිච් බිම් කොටස් භාවිතයෙන් විමර්ශනය කරන ලදී.MnOx සහ XC-72R සංයෝගය 100 mA cm-2 දක්වා ඉහළ PBP ක්‍රියාකාරකම් සහ හොඳ ස්ථායීතාවයක් පෙන්නුම් කරන බව සොයා ගන්නා ලදී.තෝරාගත් ORR ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල ක්‍රියාකාරීත්වය සහ කලින් ප්‍රශස්ත කළ ඔක්සිජන් පරිණාම ප්‍රතික්‍රියාව (OER) ඉලෙක්ට්‍රෝඩය ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තුනක වින්‍යාසය තුළ අභිරුචි-සාදන ලද ද්විතියික සින්ක්-වායු බැටරියක් තුළ පරීක්‍ෂා කරන ලද අතර ධාරා ඝනත්වය, විද්‍යුත් විච්ඡේදක molarity, උෂ්ණත්වය, ඔක්සිජන් සංශුද්ධතාවය ද පරීක්ෂා කර ඇත.ORR සහ OER හි ලක්ෂණඉලෙක්ට්රෝඩ.අවසාන වශයෙන්, ද්විතියික සින්ක්-වායු පද්ධතියේ කල්පැවැත්ම ඇගයීමට ලක් කරන ලද අතර, පැය 40 ක් සඳහා 333 K හි 4 M NaOH + 0.3 M ZnO හි 20 mA cm-2 හි 58-61% බලශක්ති කාර්යක්ෂමතාවයක් පෙන්නුම් කරයි.
ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්රෝඩ සහිත ලෝහ-වායු බැටරි අතිශයින්ම ආකර්ෂණීය පද්ධති ලෙස සැලකේ ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්රෝඩ සඳහා විද්යුත් ක්රියාකාරී ද්රව්ය අවට වායුගෝලයෙන් පහසුවෙන් ලබාගත හැකි අතර ගබඩා කිරීම අවශ්ය නොවේ1.මෙය ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්රෝඩයට අසීමිත ධාරිතාවක් ලබා දීමෙන් පද්ධති සැලසුම සරල කරයි, එමගින් පද්ධතියේ ශක්ති ඝනත්වය වැඩි කරයි.එබැවින් ලිතියම්, ඇලුමිනියම්, යකඩ, සින්ක් සහ මැග්නීසියම් වැනි ඇනෝඩ ද්‍රව්‍ය භාවිතා කරන ලෝහ-වායු බැටරි ඒවායේ විශිෂ්ට නිශ්චිත ධාරිතාව නිසා මතු වී ඇත.ඒවා අතර, සින්ක් වායු බැටරි, ඇනෝඩ ද්‍රව්‍යයක් ලෙස ජලීය විද්‍යුත් විච්ඡේදකවල හොඳ ස්ථායිතාව, ඉහළ ශක්ති ඝනත්වය සහ අඩු සමතුලිතතාව වැනි බොහෝ යෝග්‍ය ලක්ෂණ ඇති බැවින්, පිරිවැය, ආරක්ෂාව සහ පරිසර හිතකාමීත්වය සඳහා වෙළඳපල ඉල්ලුම සපුරාලීමට සින්ක් වායු බැටරි බෙහෙවින් සමත් වේ.විභවය., විද්‍යුත් රසායනික ප්‍රතිවර්තනය, හොඳ විද්‍යුත් සන්නායකතාව, බහුලත්වය සහ හැසිරවීමේ පහසුව4,5.දැනට ප්‍රාථමික සින්ක් වායු බැටරි ශ්‍රවණාධාර, දුම්රිය සංඥා සහ සංචාලන ලයිට් වැනි වාණිජ යෙදුම්වල භාවිතා වුවද, ද්විතියික සින්ක් වායු බැටරිවලට ලිතියම් මත පදනම් වූ බැටරි හා සැසඳිය හැකි ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයක් සඳහා හැකියාව ඇත.අතේ ගෙන යා හැකි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ, විද්‍යුත් වාහන, ජාල පරිමාණයේ බලශක්ති ගබඩා කිරීම සහ පුනර්ජනනීය බලශක්ති නිෂ්පාදනයට සහාය වීම සඳහා සින්ක් වායු බැටරි පිළිබඳ පර්යේෂණ දිගටම කරගෙන යාම මෙය වටී.
ද්විතීයික Zn-වායු බැටරි වාණිජකරණය ප්‍රවර්ධනය කිරීම සඳහා වායු ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ ඔක්සිජන් ප්‍රතික්‍රියා වල කාර්යක්ෂමතාවය, එනම් ඔක්සිජන් අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාව (ORR) සහ ඔක්සිජන් පරිණාම ප්‍රතික්‍රියාව (OER) වැඩි දියුණු කිරීම ප්‍රධාන අරමුණු වලින් එකකි.මේ සඳහා, ප්‍රතික්‍රියා වේගය වැඩි කිරීමට සහ එමගින් කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කිරීමට කාර්යක්ෂම විද්‍යුත් උත්ප්‍රේරක භාවිතා කළ හැක.වර්තමානයේ, ද්වික්‍රියාකාරී උත්ප්‍රේරක සහිත ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ 8,9,10 සාහිත්‍යයේ හොඳින් විස්තර කර ඇත.ද්වික්‍රියාකාරී උත්ප්‍රේරකවලට ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල ව්‍යුහය සරල කිරීමට සහ නිෂ්පාදන පිරිවැය අඩු කිරීමට උපකාර කළ හැකි ස්කන්ධ හුවමාරු පාඩු අඩු කළ හැකි වුවද, ප්‍රායෝගිකව, ORR සඳහා වඩාත් සුදුසු උත්ප්‍රේරක බොහෝ විට OER සඳහා සුදුසු නොවේ, සහ අනෙක් අතට11.මෙහෙයුම් විභවයේ මෙම වෙනස උත්ප්රේරකය පුළුල් පරාසයක විභවයන් වෙත නිරාවරණය වීමට හේතු වන අතර, කාලයත් සමඟ එහි මතුපිට ව්යුහය වෙනස් කළ හැකිය.මීට අමතරව, අතරමැදි බන්ධන ශක්තීන්ගේ අන්තර් රඳා පැවැත්ම යනු උත්ප්රේරකයේ ක්රියාකාරී අඩවි එක් එක් ප්රතික්රියාව සඳහා වෙනස් විය හැකි අතර, එය ප්රශස්තකරණය සංකීර්ණ කළ හැකිය.
ද්විතියික Zn-වායු බැටරි සඳහා තවත් ප්රධාන ගැටළුවක් වන්නේ ඔක්සිජන් නිර්මාණයයිඉලෙක්ට්රෝඩය, ප්‍රධාන වශයෙන් ORR සහ OER සඳහා ඒකකාර්ය උත්ප්‍රේරක විවිධ ප්‍රතික්‍රියා මාධ්‍යවල ක්‍රියාත්මක වන බැවිනි.ඔක්සිජන් වායුව උත්ප්‍රේරක ස්ථාන වලට ඇතුළු වීමට ඉඩ සලසා දීම සඳහා ORR වායු විසරණ ස්තරය හයිඩ්‍රොෆෝබික් විය යුතු අතර OER සඳහා ඔක්සිජන් බුබුලු ඉවත් කිරීම පහසු කිරීම සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝඩ මතුපිට ජලාකර්ෂණීය විය යුතුය.අත්තික්කා මත.1 Jorissen12 විසින් සමාලෝචනයකින් ලබාගත් සාමාන්‍ය ද්විතියික ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ මෝස්තර තුනක් පෙන්වයි, එනම් (i) ද්වි ක්‍රියාකාරී ඒකස්ථර උත්ප්‍රේරක, (ii) ද්විත්ව හෝ බහු ස්ථර උත්ප්‍රේරක සහ (iii) ත්‍රිත්ව ඉලෙක්ට්‍රෝඩ වින්‍යාසය.
ORR සහ OER එකවර උත්ප්‍රේරණය කරන තනි ස්ථර ද්වි ක්‍රියාකාරී උත්ප්‍රේරකයක් පමණක් ඇතුළත් පළමු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සැලසුම සඳහා, මෙම සැලසුමට පටලයක් ඇතුළත් කර ඇත්නම්, පෙන්වා ඇති පරිදි පටල-ඉලෙක්ට්‍රෝඩ එකලස් කිරීමක් (MEA) සෑදේ.දෙවන වර්ගයට ප්‍රතික්‍රියා කලාප13,14,15 හි වෙනස්කම් සඳහා විවිධ සිදුරු සහිත සහ ජලභීතිකාව ඇති උත්ප්‍රේරක ඇඳන් දෙකක් (හෝ ඊට වැඩි) ඇතුළත් වේ.සමහර අවස්ථාවලදී, උත්ප්‍රේරක ඇඳන් දෙක වෙන් කර ඇති අතර, OER හි හයිඩ්‍රොෆිලික් පැත්ත විද්‍යුත් විච්ඡේදකයට මුහුණ ලා ඇති අතර ORR හි අර්ධ ජලභීතික පැත්ත ඉලෙක්ට්‍රෝඩ 16, 17, 18 හි විවෘත කෙළවරට මුහුණ ලා ඇත. ප්‍රතික්‍රියා දෙකකින් සමන්විත සෛලයකි. නිශ්චිත ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්රෝඩ සහ සින්ක් ඉලෙක්ට්රෝඩයක්19,20.වගුව S1 එක් එක් නිර්මාණයේ වාසි සහ අවාසි ලැයිස්තුගත කරයි.
ORR සහ OER ප්‍රතික්‍රියා වෙන් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සැලසුමක් ක්‍රියාත්මක කිරීම කලින් වැඩිදියුණු කළ පාපැදි ස්ථායීතාවයක් පෙන්නුම් කර ඇත.මෙය ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තුනේ වින්‍යාසය සඳහා විශේෂයෙන්ම සත්‍ය වේ, එහිදී අස්ථායී උත්ප්‍රේරක සහ සම-ආකලනවල පිරිහීම අවම වන අතර සම්පූර්ණ විභව පරාසය තුළ වායුව ඉවත් කිරීම වඩා පාලනය කළ හැකිය.මෙම හේතූන් නිසා, අපි මෙම කාර්යයේදී ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තුනක Zn-වායු වින්‍යාසයක් භාවිතා කළෙමු.
මෙම ලිපියෙන්, අපි මුලින්ම භ්‍රමණය වන තැටි ඉලෙක්ට්‍රෝඩ (RDE) අත්හදා බැලීම් සමඟ විවිධ සංක්‍රාන්ති ලෝහ ඔක්සයිඩ, කාබන්ඩයොක්සයිඩ් ද්‍රව්‍ය සහ විමර්ශන උත්ප්‍රේරක සංසන්දනය කිරීමෙන් ඉහළ ක්‍රියාකාරී ORR උත්ප්‍රේරක තෝරා ගනිමු.සංක්‍රාන්ති ලෝහ ඔක්සයිඩ ඒවායේ විවිධ ඔක්සිකරණ තත්ත්වයන් නිසා හොඳ විද්‍යුත් උත්ප්‍රේරක වේ;මෙම සංයෝග පවතින විට ප්‍රතික්‍රියා වඩාත් පහසුවෙන් උත්ප්‍රේරණය වේ21.උදාහරණයක් ලෙස, මැංගනීස් ඔක්සයිඩ, කොබෝල්ට් ඔක්සයිඩ සහ කොබෝල්ට් මත පදනම් වූ මිශ්‍ර ඔක්සයිඩ (NiCo2O4 සහ MnCo2O4 වැනි) 22,23,24 ඒවායේ අඩක් පිරවූ d-කාක්ෂික, ඉලෙක්ට්‍රෝන සඳහා ඉඩ සලසන ඉලෙක්ට්‍රෝන ශක්ති මට්ටම් හේතුවෙන් ක්ෂාරීය තත්ත්‍වයේ හොඳ ORR පෙන්වයි. වැඩ සහ වැඩිදියුණු කරන ලද කැපුම් සුවපහසුව.මීට අමතරව, ඒවා පරිසරයේ බහුලව පවතින අතර පිළිගත හැකි විද්යුත් සන්නායකතාව, ඉහළ ප්රතික්රියාශීලීත්වය සහ හොඳ ස්ථාවරත්වයක් ඇත.ඒ හා සමානව, කාබන්ඩයොක්සයිඩ් ද්රව්ය බහුලව භාවිතා වන අතර, ඉහළ විද්යුත් සන්නායකතාවය සහ විශාල මතුපිට ප්රදේශයේ වාසි ඇත.සමහර අවස්ථාවලදී, නයිට්‍රජන්, බෝරෝන්, පොස්පරස් සහ සල්ෆර් වැනි විෂම පරමාණු එහි ව්‍යුහය වෙනස් කිරීම සඳහා කාබන් තුළට හඳුන්වා දී ඇති අතර, මෙම ද්‍රව්‍යවල ORR ලක්ෂණ තවදුරටත් වැඩි දියුණු කරයි.
පර්යේෂණාත්මක ප්‍රතිඵල මත පදනම්ව, අපි තෝරාගත් OVR උත්ප්‍රේරක වායු විසරණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ (GDE) තුළ ඇතුළත් කර විවිධ ධාරා ඝනත්වයකින් ඒවා පරීක්‍ෂා කළෙමු.වඩාත් කාර්යක්ෂම ORR GDE උත්ප්‍රේරකය පසුව අපගේ අභිරුචි ත්‍රි-ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්විතියික Zn-වායු බැටරියට සහ ප්‍රතික්‍රියා-විශේෂිත OER ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සමඟ අපගේ පෙර වැඩ වලදී ප්‍රශස්තිකරණය කරන ලදී26,27.ධාරා ඝනත්වය, ඉලෙක්ට්‍රෝලය මවුලිකතාව, සෛල ක්‍රියාකාරී උෂ්ණත්වය සහ ඔක්සිජන් සංශුද්ධතාවය වැනි මෙහෙයුම් තත්ත්වවල බලපෑම අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා අඛණ්ඩ විසර්ජන සහ ආරෝපණ පාපැදි අත්හදා බැලීම් වලදී තනි ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල විභවයන් නිරීක්ෂණය කරන ලදී.අවසාන වශයෙන්, Zn-air ද්විතියික බැටරිවල ස්ථායීතාවය ප්රශස්ථ ක්රියාකාරී තත්ත්වයන් යටතේ අඛණ්ඩ බයිසිකල් පැදීම යටතේ ඇගයීමට ලක් කරන ලදී.
MnOx28 සකස් කරන ලද්දේ රසායනික රෙඩොක්ස් ක්‍රමය මගිනි: 0.04 M KMnO4 ද්‍රාවණයෙන් මිලි ලීටර් 50 ක් (ෆිෂර් විද්‍යාත්මක, 99%) 0.03 Mn(CH3COO)2 (ෆිෂර් සයන්ටිෆික්, 98%) මිලි ලීටර් 100 ට දුඹුරු අවක්ෂේපයක් සෑදීමට එකතු කරන ලදී.මිශ්‍රණය තනුක සෝඩියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් සමඟ pH 12 ට සකස් කර, වර්ෂාපතනය එකතු කිරීම සඳහා 2500 rpm දී 3-5 වතාවක් කේන්ද්‍රාපසාරී කර ඇත.පර්මැන්ගනේට් අයනයේ දම් පාට නැති වන තුරු අවක්ෂේපය deionized ජලයෙන් සෝදා හරින ලදී.අවසාන වශයෙන්, තැන්පතු එක රැයකින් 333 K දී වාතයෙන් වියළන ලද අතර පසුව කුඩු කරන ලදී.
ස්පිනල් ඔක්සයිඩ් Co3O4, NiCo2O4 සහ MnCo2O4 තාප වියෝජනය මගින් සංස්ලේෂණය කරන ලදී.NiCo2O4 සහ MnCo2O4 සකස් කරන ලද්දේ 0.5 M (14.5 g) නිකල් (II) නයිට්‍රේට් හෙක්සාහයිඩ්‍රේට්, Ni(NO3)2⋅6H2O (ෆිෂර් විද්‍යාත්මක, 99.9%) හෝ 0.5 M (12.6 g) tetrahydrate (In(In(InI)) මැංගනීස් 3ක් එකතු කිරීමෙනි. ))2 4H2O (Sigma Aldrich, ≥ 97%) සහ 1 M (29.1 g) cobalt(II) නයිට්‍රේට් hexahydrate, Co(NO3)2 6H2O (Fisher Scientific, 98+%, ACS ප්‍රතික්‍රියාකාරක) මෙතනෝල් (Fisher Scientific 9%. ) මිලි ලීටර් 100 තනුක කුප්පි වල.සමජාතීය ද්රාවණයක් ලබා ගන්නා තෙක් අඛණ්ඩව ඇවිස්සීමත් සමග සංක්රාන්ති ලෝහ නයිට්රේට් වෙත කුඩා කොටස් වලින් මෙතනෝල් එකතු කරනු ලැබේ.එවිට ද්‍රාවණය කුරුසයකට මාරු කර උණුසුම් තහඩුවක් මත රත් කර තද රතු පැහැති ඝනයක් ඉතිරි කර ඇත.ඝන වායුව පැය 20 ක් සඳහා 648 K දී ගණනය කරන ලදී.එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ඝන කුඩු කුඩු බවට පත් විය.Co3O4 සංශ්ලේෂණය අතරතුර Ni(NO3)2 6H2O හෝ Mn(NO3)2 4H2O එකතු කර නැත.
300 m2/g (සිග්මා ඇල්ඩ්‍රිච්), නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කළ ග්‍රැෆීන් නැනෝෂීට් (සිග්මා ඇල්ඩ්‍රිච්), කාබන් කළු කුඩු (වල්කන් XC-72R, Cabot Corp., 100%), MnO2 (සිග්මා ඇල්ඩ්‍රිච්) සහ 5 wt.% Pt/C (Acros Organics) ලෙස භාවිතා කරන ලදී.
RDE (Pine Research Instrumentation) මිනුම් 1 M NaOH හි විවිධ ORR උත්ප්‍රේරකවල ක්‍රියාකාරිත්වය ඇගයීම සඳහා භාවිතා කරන ලදී.1 mg උත්ප්‍රේරක + 1 ml deionized (DI) H2O + 0.5 ml isopropanol (IPA) + 5 µl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) වලින් සමන්විත උත්ප්‍රේරක තීන්තයක් භාවිතා කරන ලදී.Vulcan XC-72R එකතු කළ විට, උත්ප්‍රේරක තීන්ත 0.5 mg උත්ප්‍රේරක + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 ml DI HO + 0.5 ml IPA + 5 µl 5 wt% Nafion 117 කින් සමන්විත විය.මෙම මිශ්‍රණය මිනිත්තු 20ක් සඳහා sonicated කර Cole-Parmer LabGen 7 Series homogenizer භාවිතා කරමින් විනාඩි 4ක් සඳහා 28,000 rpm දී සමජාතීය කරන ලදී.ඉන්පසු 4 mm (වැඩකරන ප්‍රදේශය ≈ 0.126 cm2) විෂ්කම්භයක් සහිත වීදුරු කාබන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක (Pine Instrument Company) මතුපිටට තීන්ත 8 μl ඇල්කෝට් තුනකින් යොදන ලද අතර ≈120 μg බරක් සැපයීම සඳහා ස්ථර අතර වියළන ලදී. -2.යෙදුම් අතර, වීදුරු කාබන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ මතුපිට MicroCloth (Buehler) සහ 1.0 mm සහ 0.5 mm ඇලුමිනා පවුඩර් (MicroPolish, Buehler) වලින් අනුක්‍රමිකව තෙත් කරන ලද අතර පසුව deionized H2O හි සොනිකේෂන් කරන ලදී.
ORR වායු විසරණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සාම්පල අපගේ කලින් විස්තර කරන ලද ප්‍රොටෝකෝලය 28 අනුව සකස් කර ඇත.පළමුව, උත්ප්රේරක කුඩු සහ Vulcan XC-72R 1: 1 බර අනුපාතයකින් මිශ්ර කර ඇත.ඉන්පසු වියළි කුඩු මිශ්‍රණයට පොලිටෙට්‍රාෆ්ලෝරෝඑතිලීන් (PTFE) ද්‍රාවණයක් (H2O හි 60 wt.%) සහ IPA/H2O 1:1 අනුපාතයක් සහිත ද්‍රාවක මිශ්‍රණයක් එකතු කරන ලදී.විනාඩි 20ක් පමණ උත්ප්‍රේරක තීන්ත Sonicate කර 28,000 rpm දී විනාඩි 4ක් පමණ සමජාතීය කරන්න.ඉන්පසු මිලිමීටර් 13 ක විෂ්කම්භයකින් යුත් (AvCarb GDS 1120) පූර්ව කැපූ කාබන් කඩදාසි මතට spatula සමඟ තීන්ත තුනී ලෙස යොදන ලද අතර 2 mg cm2 උත්ප්‍රේරක අන්තර්ගතයක් ලැබෙන තෙක් වියළන ලදී.
OER ඉලෙක්ට්‍රෝඩ නිපදවා ඇත්තේ Ni-Fe හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් උත්ප්‍රේරක 15 mm x 15 mm මල නොබැඳෙන වානේ මත කැතෝඩික් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තැන්පත් කිරීම මගිනි.දැලක්(DeXmet Corp, 4SS 5-050) වාර්තා කර ඇති පරිදි 26,27.ප්‍රති ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් ලෙස Pt ජාලයක් සහ යොමු ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් ලෙස 1 M NaOH හි Hg/HgO සමඟ සම්මත තුනේ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අර්ධ සෛලයක (ආසන්න වශයෙන් 20 cm3 පොලිමර් ආලේපිත වීදුරු සෛලයක) විද්‍යුත් තැන්පත් කිරීම සිදු කරන ලදී.10 mm ඝන කාබන් වානේ පන්ච් එකකින් දළ වශයෙන් 0.8 cm2 ප්‍රදේශයක් කැපීමට පෙර උත්ප්‍රේරක ආලේපිත මල නොබැඳෙන වානේ දැල වාතය වියළීමට ඉඩ දෙන්න.
සංසන්දනය කිරීම සඳහා, වාණිජ ORR සහ OER ඉලෙක්ට්රෝඩ භාවිතා කරන ලද අතර එම කොන්දේසි යටතේම පරීක්ෂා කරන ලදී.වාණිජ ORR ඉලෙක්ට්‍රෝඩය (QSI නැනෝ වායු විසරණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය, ක්වොන්ටම් ගෝලය, මි.මී. 0.35 ඝන) නිකල් දැල් ධාරා එකතුකරන්නෙකු සමඟ ආලේප කරන ලද මැංගනීස් සහ කාබන් ඔක්සයිඩ් වලින් සමන්විත වන අතර වාණිජ OER ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ (1.7 වර්ගය, විශේෂ Magneto anode, BV) ඝනකම 1ක් ඇත. මි.මී.Ru-Ir මිශ්‍ර ලෝහ ඔක්සයිඩ් ආලේප කරන ලද 1.6 mm දක්වා පුළුල් කරන ලද ටයිටේනියම් දැලක්.
උත්ප්‍රේරකවල මතුපිට රූප විද්‍යාව සහ සංයුතිය FEI Quanta 650 FEG ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයක් (SEM) ඉහළ රික්තකයක් යටතේ ක්‍රියාත්මක වන අතර 5 kV ක වේගවත් වෝල්ටීයතාවයක් භාවිතයෙන් සංලක්ෂිත විය.Powder X-ray diffraction (XRD) දත්ත තඹ නල ප්‍රභවයක් (λ = 1.5418 Å) සහිත Bruker D8 Advance X-ray diffractometer එකක එකතු කර Bruker Diffraction Suite EVA මෘදුකාංගය භාවිතයෙන් විශ්ලේෂණය කරන ලදී.
Biologic SP-150 potentiostat සහ EC-lab මෘදුකාංගය භාවිතයෙන් සියලුම විද්‍යුත් රසායනික මිනුම් සිදු කරන ලදී.RDE සහ GDE සාම්පල 200 cm3 ජැකට් වීදුරු සෛලයකින් සහ යොමු ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් ලෙස Laggin කේශනාලිකා වලින් සමන්විත සම්මත තුනේ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සැකසුමකින් පරීක්ෂා කරන ලදී.Pt mesh සහ Hg/HgO 1 M NaOH හි පිළිවෙලින් කවුන්ටරය සහ යොමු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ලෙස භාවිතා කරන ලදී.
එක් එක් අත්හදා බැලීමේදී RDE මිනුම් සඳහා, නැවුම් 1 M NaOH ඉලෙක්ට්‍රෝලය භාවිතා කරන ලද අතර, එහි උෂ්ණත්වය සංසරණ ජල ස්නානය (TC120, Grant) භාවිතයෙන් 298 K හි නියතව තබා ඇත.වායුමය ඔක්සිජන් (BOC) සෑම අත්හදා බැලීමකටම පෙර අවම වශයෙන් මිනිත්තු 30 ක් සඳහා 25-50 µm සිදුරු සහිත වීදුරු ෆ්‍රිට් හරහා ඉලෙක්ට්‍රෝලය තුළට බුබුලු වේ.ORR ධ්‍රැවීකරණ වක්‍ර ලබා ගැනීම සඳහා, විභවය 0.1 සිට -0.5 V දක්වා (Hg/HgO ට සාපේක්ෂව) 5 mV s -1 400 rpm හි ස්කෑන් වේගයකින් පරිලෝකනය කරන ලදී.50 mV s-1 අනුපාතයකින් 0 සහ -1.0 V සහ Hg/HgO අතර විභවය අතුගා දැමීමෙන් චක්‍රීය වෝල්ටමෝග්‍රෑම් ලබා ගන්නා ලදී.
HDE මිනුම් සඳහා, 1 M NaOH ඉලෙක්ට්‍රෝලය 333 K දී සංසරණ ජල ස්නානයකින් පවත්වා ගෙන යන ලදී.0.8 cm2 ක්‍රියාකාරී ප්‍රදේශයක් ඉලෙක්ට්‍රෝටයට නිරාවරණය වී ඇත්තේ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ පිටුපස පැත්තට 200 cm3 / min අනුපාතයකින් ඔක්සිජන් අඛණ්ඩව සැපයීමෙනි.වැඩ කරන ඉලෙක්ට්රෝඩය සහ යොමු ඉලෙක්ට්රෝඩය අතර ස්ථාවර දුර ප්රමාණය 10 mm වූ අතර, වැඩ කරන ඉලෙක්ට්රෝඩය සහ ප්රතිවිරෝධක ඉලෙක්ට්රෝඩය අතර දුර ප්රමාණය 13-15 mm වේ.නිකල් වයර් සහ දැලක් ගෑස් පැත්තෙන් විදුලි ස්පර්ශයක් සපයයි.ඉලෙක්ට්රෝඩයේ ස්ථායීතාවය සහ කාර්යක්ෂමතාවය ඇගයීම සඳහා Chronopotentiometric මිනුම් 10, 20, 50 සහ 100 mA cm-2 දී ගන්නා ලදී.
ORR සහ OER ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල ලක්ෂණ PTFE29 ඇතුළු කිරීමක් සහිත 200 cm3 ජැකට් සහිත වීදුරු සෛලයකින් ඇගයීමට ලක් කරන ලදී.පද්ධතියේ ක්‍රමානුරූප රූප සටහනක් රූප සටහන S1 හි දක්වා ඇත.බැටරියේ ඉලෙක්ට්රෝඩ තුනේ ඉලෙක්ට්රෝඩ පද්ධතියකට සම්බන්ධ වේ.ක්‍රියාකාරී ඉලෙක්ට්‍රෝඩය සමන්විත වූයේ රිලේ මොඩියුලයකට (Songle, SRD-05VDC-SL-C) සම්බන්ධ වූ වෙනම ප්‍රතික්‍රියා-විශේෂිත ORR සහ OER ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සහ සින්ක් ඇනෝඩයක් සහිත ක්ෂුද්‍ර පාලකයක් (Raspberry Pi 2014© ආකෘතිය B+V1.2).යුගලයක් ලෙස 4 M NaOH හි ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සහ යොමු ඉලෙක්ට්‍රෝඩය Hg/HgO සින්ක් ඇනෝඩයෙන් 3 mm දුරින් විය.Raspberry Pi සහ Relay Module ක්‍රියාත්මක කිරීමට සහ පාලනය කිරීමට Python පිටපතක් ලියා ඇත.
සෛලය සින්ක් ෆොයිල් ඇනෝඩයක් (ගුඩ්ෆෙලෝ, 1 මි.මී. ඝනකම, 99.95%) සඳහා නවීකරණය කරන ලද අතර පොලිමර් ආවරණයක් මඟින් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ආසන්න වශයෙන් මීටර් 10 ක ස්ථාවර දුරකින් තැබීමට හැකි විය.4 මි.මී.නයිට්‍රයිල් රබර් ප්ලග් පියනේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සවි කර ඇති අතර ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල විද්‍යුත් සම්බන්ධතා සඳහා නිකල් වයර් (ඇල්ෆා ඒසර්, මි.මී. 0.5 විෂ්කම්භය, ඇනෙල්ඩ්, 99.5% Ni) භාවිතා කරන ලදී.සින්ක් ෆොයිල් ඇනෝඩය ප්‍රථමයෙන් අයිසොප්‍රොපැනෝල් වලින් පිරිසිදු කර පසුව ඩියෝනීකරණය කළ ජලයෙන් පිරිසිදු කරන ලද අතර, දළ වශයෙන් 0.8 cm2 ක්‍රියාකාරී ප්‍රදේශයක් නිරාවරණය කිරීම සඳහා තීරු මතුපිට පොලිප්‍රොපිලීන් ටේප් (Avon, AVN9811060K, 25 µm ඝන) වලින් ආවරණය කරන ලදී.
සියලුම පාපැදි අත්හදා බැලීම් 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ඉලෙක්ට්‍රෝලය 333 K දී වෙනත් ආකාරයකින් සටහන් නොකළහොත් සිදු කරන ලදී.රූපයේ, Hg/HgO සම්බන්ධයෙන් Ewe ඔක්සිජන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ (ORR සහ OER) විභවය අදහස් කරයි, Hg/HgO සම්බන්ධයෙන් Ece සින්ක් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ විභවය නියෝජනය කරයි, Hg/HgO සම්බන්ධයෙන් Ecell පූර්ණය නියෝජනය කරයි. සෛල විභවය හෝ විභව වෙනස.බැටරි විභවයන් දෙකක් අතර.ඔක්සිජන් හෝ සම්පීඩිත වාතය OPP ඉලෙක්ට්රෝඩයේ පසුපස පැත්තට 200 cm3 / min හි නියත ප්රවාහ අනුපාතයකින් සපයන ලදී.ඉලෙක්ට්රෝඩ වල පාපැදි ස්ථායීතාවය සහ කාර්ය සාධනය 20 mA cm-2 වත්මන් ඝනත්වය, විනාඩි 30 ක චක්ර කාලය සහ එක් එක් අර්ධ චක්රය අතර OCV විවේක කාලය විනාඩි 1 ක් අධ්යයනය කරන ලදී.එක් එක් පරීක්ෂණය සඳහා අවම වශයෙන් චක්‍ර 10 ක් සිදු කරන ලද අතර, කාලයත් සමඟ ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල තත්ත්වය තීරණය කිරීම සඳහා චක්‍ර 1, 5 සහ 10 වෙතින් දත්ත උපුටා ගන්නා ලදී.
ORR උත්ප්රේරකයේ රූප විද්යාව SEM (රූපය 2) මගින් සංලක්ෂිත විය, සහ කුඩු X-කිරණ විවර්තන මිනුම් සාම්පලවල ස්ඵටික ව්යුහය තහවුරු කරන ලදී (රූපය 3).උත්ප්රේරක සාම්පලවල ව්යුහාත්මක පරාමිතීන් වගුව 1 හි දක්වා ඇත. 1. මැංගනීස් ඔක්සයිඩ් සංසන්දනය කරන විට, fig හි වාණිජ MnO2.2a විශාල අංශු වලින් සමන්විත වන අතර, Fig. 3a හි විවර්තන රටාව tetragonal β-MnO2 සඳහා JCPDS 24-0735 ට අනුරූප වේ.ඊට පටහැනිව, Fig. 2b හි MnOx මතුපිට සියුම් හා සියුම් අංශු පෙන්වයි, රූපය 66 ° හි විවර්තන රටාවට අනුරූප වන උච්ච (110), (220), (310), (211) සහ (541) tetrahedrally කේන්ද්රගත α-MnO2 හයිඩ්රේට, JCPDS 44-014028.
(a) MnO2, (b) MnOx, (c) Co3O4, (d) NiCo2O4, (e) MnCo2O4, (f) Vulcan XC-72R, (g) graphene, (h) නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කළ ග්‍රැෆීන්, (සහ ) 5 wt .% Pt/C.
එක්ස් කිරණ රටා (a) MnO2, (b) MnOx, (c) Co3O4, (d) NiCo2O4, (e) MnCo2O4, (f) Vulcan XC-72R, නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කළ ග්‍රැෆීන් සහ ග්‍රැෆීන්, සහ (g) 5 % ප්ලැටිනම් / කාබන්.
අත්තික්කා මත.2c-e, cobalt Co3O4, NiCo2O4 සහ MnCo2O4 මත පදනම් වූ ඔක්සයිඩවල මතුපිට රූප විද්‍යාව අක්‍රමවත් ප්‍රමාණයේ අංශු පොකුරු වලින් සමන්විත වේ.අත්තික්කා මත.3c-e පෙන්වන්නේ මේ සියල්ල සංක්‍රමණය වන බවයිලෝහඔක්සයිඩවලට ස්පිනල් ව්‍යුහයක් සහ සමාන ඝන ස්ඵටික පද්ධතියක් ඇත (පිළිවෙලින් JCPDS 01-1152, JCPDS 20-0781 සහ JCPDS 23-1237).විවර්තන රටාවේ ශක්තිමත් හොඳින් අර්ථ දක්වා ඇති මුදුන් මගින් පෙන්නුම් කරන පරිදි, තාප වියෝජන ක්‍රමය ඉතා ස්ඵටික ලෝහ ඔක්සයිඩ නිපදවීමට සමත් බව මෙයින් පෙන්නුම් කරයි.
කාබන් ද්‍රව්‍යවල SEM රූප විශාල වෙනස්කම් පෙන්වයි.අත්තික්කා මත.2f Vulcan XC-72R කාබන් කළු ඝන ලෙස ඇසුරුම් කළ නැනෝ අංශු වලින් සමන්විත වේ.ඊට පටහැනිව, Fig. 2g හි ඇති ග්‍රැෆීන් පෙනුම සමහර එකතු කිරීම් සහිත ඉතා අක්‍රමිකතා සහිත තහඩු වේ.කෙසේ වෙතත්, N-doped graphene (රූපය 2h) තුනී ස්ථර වලින් සමන්විත බව පෙනේ.Vulcan XC-72R හි අනුරූප X-ray විවර්තන රටා, වාණිජ ග්‍රැෆීන් නැනෝෂීට්, සහ N-doped graphene Fig.3f (002) සහ (100) කාබන් මුදුන් වල 2θ අගයන්හි කුඩා වෙනස්කම් පෙන්වයි.Vulcan XC-72R JCPDS 41-1487 හි ෂඩාස්‍රාකාර මිනිරන් ලෙස හඳුනාගෙන ඇති අතර එහි මුදුන් (002) සහ (100) පිළිවෙලින් 24.5° සහ 43.2° හි දිස්වේ.ඒ හා සමානව, N- මාත්‍රණය කරන ලද ග්‍රැෆීන්හි (002) සහ (100) ශිඛර පිළිවෙළින් 26.7° සහ 43.3° හි දිස්වේ.Vulcan XC-72R සහ නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කරන ලද ග්‍රැෆීන් වල X-ray විවර්තන රටා වල නිරීක්ෂණය කරන ලද පසුබිම් තීව්‍රතාවය මෙම ද්‍රව්‍යවල මතුපිට රූප විද්‍යාවේ ඇති දැඩි අක්‍රමිකතා ස්වභාවය නිසාය.ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, ග්‍රැෆීන් නැනෝ පත්‍රවල විවර්තන රටාව 26.5 ° දී තියුණු, තීව්‍ර උච්ච (002) සහ 44 ° දී කුඩා පුළුල් උච්ච (100) පෙන්නුම් කරයි, මෙම නියැදියේ වඩාත් ස්ඵටික ස්වභාවය පෙන්නුම් කරයි.
අවසාන වශයෙන්, fig හි.5 wt.% Pt/C හි 2i SEM රූපය රවුම් හිස් සහිත සැරයටි හැඩැති කාබන් කොටස් පෙන්වයි.රූපය 3g හි 5 wt% Pt/C විවර්තන රටාවේ ඇති බොහෝ ශිඛර වලින් Cubic Pt තීරණය කරනු ලබන අතර, 23° හි උච්චය කාබන් පවතින (002) උපරිමයට අනුරූප වේ.
රේඛීය ස්වීප් ORR උත්ප්‍රේරක වෝල්ටම්මෝග්‍රෑම් 5 mV s-1 ක ස්වීප් වේගයකින් වාර්තා විය.ස්කන්ධ හුවමාරු සීමාවන් හේතුවෙන්, එකතු කරන ලද සිතියම් (රූපය 4a) සාමාන්‍යයෙන් S-හැඩය වැඩි සෘණ විභවයක් සහිත සානුවක් දක්වා විහිදේ.සීමාකාරී ධාරා ඝනත්වය, jL, විභව E1/2 (j/jL = ½) සහ -0.1 mA cm-2 හි ආරම්භක විභවය මෙම බිම් කොටස් වලින් උපුටා ගෙන වගුව 2 හි ලැයිස්තුගත කර ඇත. එය fig හි සඳහන් කිරීම වටී.4a, උත්ප්රේරක ඒවායේ E1/2 විභවයන් අනුව වර්ග කළ හැක: (I) ලෝහ ඔක්සයිඩ, (II) කාබන්ඩයොක්සයිඩ් ද්රව්ය සහ (III) උච්ච ලෝහ.
රේඛීය ස්වීප් වෝල්ටමෝග්‍රෑම් (a) උත්ප්‍රේරක සහ (b) උත්ප්‍රේරක තුනී පටලයක් සහ XC-72R, RDE වීදුරු කාබන් පරීක්‍ෂණයක් මත 400 rpm හිදී මනින ලද අතර O2 සන්තෘප්තිය 5 mV s-1 1 හි 298 K දී ස්කෑන් අනුපාතයකින් M NaOH cf.
I කාණ්ඩයේ Mn සහ Co තනි තනි ලෝහ ඔක්සයිඩ පිළිවෙලින් -0.17 V සහ -0.19 V හි ආරම්භක විභවයන් පෙන්වන අතර E1/2 අගයන් -0.24 සහ -0.26 V අතර වේ. මෙම ලෝහ ඔක්සයිඩවල අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියා සමීකරණයෙන් ඉදිරිපත් කෙරේ. .(1) සහ (2), රූපයේ ආරම්භක විභවය අසල දිස්වේ.4a සමීකරණයේ ORR වක්‍ර මාර්ගයේ පළමු පියවර 2e හි සම්මත විභවය සමඟ ගැලපේ.(3)
එකම කාණ්ඩයේ මිශ්‍ර ලෝහ ඔක්සයිඩ MnCo2O4 සහ NiCo2O4 පිළිවෙලින් -0.10 සහ -0.12 V හි තරමක් නිවැරදි කළ ආරම්භක විභවයන් පෙන්නුම් කරයි, නමුත් වෝල්ට් 10.-0.23 පමණ E1/2 අගයන් රඳවා ගනී.
II කාණ්ඩයේ කාබන් ද්‍රව්‍ය I කාණ්ඩයේ ලෝහ ඔක්සයිඩ් වලට වඩා ධනාත්මක E1/2 අගයන් පෙන්වයි.ග්‍රැෆීන් ද්‍රව්‍යයේ ආරම්භක විභවය -0.07 V සහ E1/2 අගය -0.11 V වන අතර, 72R Vulcan XC- හි ආරම්භක විභවය සහ E1/2 පිළිවෙලින් -0.12V සහ -0.17V වේ.III කාණ්ඩයේ, 5 wt% Pt/C 0.02 V හි වඩාත්ම ධනාත්මක ආරම්භක විභවය පෙන්නුම් කළ අතර -0.055 V හි E1/2 සහ උපරිම සීමාව -0.4 V, 4e මාර්ගයේ වත්මන් ඝනත්වය හරහා ඔක්සිජන් අඩු වීම සිදු වූ බැවින්. .Pt/C හි ඉහළ සන්නායකතාවය සහ ORR ප්‍රතික්‍රියාවේ ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි චාලක හේතුවෙන් එහි අඩුම E1/2 ද ඇත.
S2a රූපය විවිධ උත්ප්‍රේරක සඳහා Tafel බෑවුම් විශ්ලේෂණය ඉදිරිපත් කරයි.5 wt.% Pt/C හි චාලක පාලිත කලාපය Hg/HgO ට සාපේක්ෂව 0.02 V කින් ආරම්භ වන අතර ලෝහ ඔක්සයිඩ් සහ කාබන් ද්‍රව්‍ය කලාපය -0.03 සිට -0.1 V දක්වා ඍණ විභව පරාසයක පවතී. බෑවුමේ අගය. Tafel Pt/C සඳහා –63.5 mV ss–1 වන අතර, එය අඩු ධාරා ඝනත්ව dE/d log i = –2.3 RT/F31.32 සඳහා සාමාන්‍ය වේ. chemisorption33,34.කාබන් ද්‍රව්‍ය සඳහා Tafel බෑවුම් අගයන් Pt/C (-60 සිට -70 mV div-1) ලෙස එකම කලාපයේ පවතී, මෙම ද්‍රව්‍යවලට සමාන ORR මාර්ග ඇති බව යෝජනා කරයි.Co සහ Mn හි තනි තනි ලෝහ ඔක්සයිඩ -110 සිට -120 mV dec-1 දක්වා Tafel බෑවුම් වාර්තා කරයි, එය dE/d log i = -2.3 2RT/F වේ, මෙහි අනුපාතය-නිර්ණය කිරීමේ පියවර පළමු ඉලෙක්ට්‍රෝනය වේ.මාරු පියවර 35, 36. මිශ්‍ර ලෝහ ඔක්සයිඩ NiCo2O4 සහ MnCo2O4 සඳහා වාර්තා කර ඇති තරමක් ඉහළ බෑවුම් අගයන්, -170 mV dec-1 පමණ වන අතර, ඔක්සයිඩ් මතුපිට OH- සහ H2O අයන පවතින බව පෙන්නුම් කරයි, එය ඔක්සිජන් අවශෝෂණය වළක්වයි. ඉලෙක්ට්රෝන හුවමාරුව, එමගින් ඔක්සිජන් බලපායි.අඩු කිරීමේ මාර්ගය 35.
ස්කන්ධ හුවමාරුවකින් තොරව විවිධ උත්ප්රේරක සාම්පල සඳහා චාලක ප්රතික්රියා පරාමිතීන් තීරණය කිරීම සඳහා Kutetsky-Levich (KL) සමීකරණය භාවිතා කරන ලදී.සමීකරණය තුළ.(4) මුළු මනින ලද ධාරා ඝනත්වය j යනු ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරුවේ සහ ස්කන්ධ හුවමාරුවේ ධාරා ඝනත්වයේ එකතුවයි.
සමීකරණයෙන්.(5) සීමාකාරී ධාරා ඝනත්වය jL භ්‍රමණ වේගයේ වර්ගමූලයට සමානුපාතික වේ.එබැවින්, KL සමීකරණය.(6) j−1 සහ ω−1//2 හි රේඛා ප්‍රස්ථාරයක් විස්තර කරයි, එහිදී ඡේදනය වීමේ ලක්ෂ්‍යය jk වන අතර ප්‍රස්ථාරයේ බෑවුම K වේ.
මෙහි ν යනු ඉලෙක්ට්‍රෝලය 1 M NaOH (1.1 × 10-2 cm2 s–1)37 හි චාලක දුස්ස්රාවීතාවය, D යනු 1 M NaOH (1.89 × 10-5 cm2 s-1)38, ω හි O2 හි විසරණ සංගුණකය වේ. rpm යනු භ්‍රමණ වේගය වේ, C යනු තොග ද්‍රාවණයේ ඔක්සිජන් සාන්ද්‍රණය (8.4 × 10-7 mol cm-3)38.
100, 400, 900, 1600, සහ 2500 rpm වලදී RDE භාවිතයෙන් රේඛීයව swept voltammograms එකතු කරන්න.KL රූප සටහන සැලසුම් කිරීම සඳහා සීමිත ස්කන්ධ හුවමාරු කලාපයේ -0.4 V සිට අගයන් ගන්නා ලදී, එනම් -j-1 සහ උත්ප්‍රේරකය සඳහා ω-1//2 (රූපය S3a).සමීකරණ භාවිතා කරන්න.සමීකරණ (6) සහ (7), ස්කන්ධ හුවමාරු jk බලපෑම් සැලකිල්ලට නොගෙන චාලක ධාරා ඝනත්වය වැනි උත්ප්රේරකයේ කාර්ය සාධන දර්ශක තීරණය කරනු ලබන්නේ y අක්ෂය සමඟ ඡේදනය වන ලක්ෂ්යය සහ සංඛ්යාව ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරුව තීරණය වන්නේ වක්‍රයේ K ශ්‍රේණිය මගිනි.ඒවා 2 වගුවේ දක්වා ඇත.
5 wt% Pt/C සහ XC-72R අඩුම නිරපේක්ෂ jk අගයන් ඇති අතර, මෙම ද්‍රව්‍ය සඳහා වේගවත් චාලක බව පෙන්නුම් කරයි.කෙසේ වෙතත්, XC-72R වක්‍රයේ බෑවුම 5 wt% Pt/C සඳහා මෙන් දෙගුණයක් පමණ වේ, එය K යනු ඔක්සිජන් අඩු කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාවේදී මාරු වන ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව පිළිබඳ ඇඟවීමක් වන බැවින් අපේක්ෂා කෙරේ.න්‍යායාත්මකව, 5 wt% Pt/C සඳහා වන KL බිම් කොටස සීමිත ස්කන්ධ හුවමාරු තත්ත්‍වයන් යටතේ 39 සම්භවය හරහා ගමන් කළ යුතුය, කෙසේ වෙතත් මෙය S3a රූපයේ නිරීක්ෂණය නොකෙරේ, ප්‍රතිඵලවලට බලපාන චාලක හෝ විසරණ සීමාවන් යෝජනා කරයි.මෙය Garsani et al නිසා විය හැක.40 Pt/C උත්ප්‍රේරක චිත්‍රපටවල ස්ථාන විද්‍යාවේ සහ රූප විද්‍යාවේ කුඩා නොගැලපීම් ORR ක්‍රියාකාරකම් අගයන්හි නිරවද්‍යතාවයට බලපෑ හැකි බව පෙන්වා දී ඇත.කෙසේ වෙතත්, සියලුම උත්ප්‍රේරක චිත්‍රපට එකම ආකාරයකින් සකස් කර ඇති බැවින්, ප්‍රතිඵල මත ඕනෑම බලපෑමක් සියලුම සාම්පල සඳහා සමාන විය යුතුය.≈ -0.13 mA-1 cm2 හි graphene KL හරස් ලක්ෂ්‍යය XC-72R සමඟ සැසඳිය හැකි නමුත් N- මාත්‍රණය කරන ලද ග්‍රැෆීන් KL ප්‍රස්ථාරය සඳහා -0.20 mA-1 cm2 හරස් ලක්ෂ්‍යය වත්මන් ඝනත්වය වැඩි බව පෙන්නුම් කරයි. උත්ප්රේරක පරිවර්තකයේ වෝල්ටීයතාවය.මෙයට හේතුව ග්‍රැෆීන් නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කිරීම සමස්ත විද්‍යුත් සන්නායකතාවය අඩු කරන අතර එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු චාලක මන්දගාමී වීමයි.ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කරන ලද ග්‍රැෆීන්හි නිරපේක්ෂ K අගය ග්‍රැෆීන්ට වඩා කුඩා වේ, මන්ද නයිට්‍රජන් තිබීම ORR41,42 සඳහා වඩාත් ක්‍රියාකාරී අඩවි නිර්මාණය කිරීමට උපකාරී වේ.
මැංගනීස් මත පදනම් වූ ඔක්සයිඩ සඳහා, විශාලතම නිරපේක්ෂ අගයෙහි ඡේදනය වීමේ ලක්ෂ්යය නිරීක්ෂණය කරනු ලැබේ - 0.57 mA-1 cm2.එසේ වුවද, MnOx හි නිරපේක්ෂ K අගය MnO2 ට වඩා බෙහෙවින් අඩු වන අතර එය 5 wt % ට ආසන්න වේ.%Pt/C.ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු සංඛ්‍යා දළ වශයෙන් තීරණය විය.MnOx 4 වන අතර MnO2 2 ට ආසන්න වේ. මෙය සාහිත්‍යයේ ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද ප්‍රතිඵලවලට අනුකූල වන අතර, එය α-MnO2 ORR මාර්ගයේ ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු සංඛ්‍යාව 4 ක් වන අතර β-MnO243 සාමාන්‍යයෙන් 4 ට වඩා අඩු වේ. මේ අනුව , මැංගනීස් ඔක්සයිඩ් මත පදනම් වූ උත්ප්‍රේරකවල විවිධ බහුරූපී ආකාර සඳහා ORR මාර්ග වෙනස් වේ, නමුත් රසායනික පියවරවල අනුපාත ආසන්න වශයෙන් සමාන වේ.විශේෂයෙන්ම, MnOx සහ MnCo2O4 උත්ප්‍රේරකවල ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු අංක 4ට වඩා මදක් වැඩි වන්නේ මෙම උත්ප්‍රේරකවල පවතින මැංගනීස් ඔක්සයිඩ අඩුවීම ඔක්සිජන් අඩුවීමත් සමඟම සිදුවන බැවිනි.මැංගනීස් ඔක්සයිඩ්වල විද්‍යුත් රසායනික අඩු කිරීම නයිට්‍රජන් සමඟ සංතෘප්ත ද්‍රාවණයක ඔක්සිජන් අඩු කිරීම හා සමාන විභව පරාසයක සිදුවන බව පෙර කාර්යයකදී අපට පෙනී ගියේය.අතුරු ප්‍රතික්‍රියා වල දායකත්වය 4ට වඩා මදක් වැඩි ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාවක් ගණනය කිරීමට හේතු වේ.
Co3O4 හි ඡේදනය ≈ -0.48 mA-1 cm2 වන අතර, එය මැංගනීස් ඔක්සයිඩ් ආකාර දෙකට වඩා අඩු සෘණාත්මක වන අතර, දෘශ්‍ය ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු අංකය තීරණය වන්නේ K හි අගය 2 ට සමාන වේ. NiCo2O4 හි Ni සහ MnCo2O4 හි Mn ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීම by Co මගින් නිරපේක්ෂ අගයන් K හි අඩුවීමක් ඇති කරයි, එය මිශ්‍ර ලෝහ ඔක්සයිඩවල ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු චාලකයේ දියුණුවක් පෙන්නුම් කරයි.
විද්‍යුත් සන්නායකතාව වැඩි කිරීමට සහ වායු විසරණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල නිසි තෙකලා මායිම් සෑදීමට පහසුකම් සැලසීමට කාබන් උපස්ථර ORR උත්ප්‍රේරක තීන්ත වෙත එකතු කරනු ලැබේ.Vulcan-XC-72R තෝරාගනු ලැබුවේ එහි අඩු මිල, විශාල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය 250 m2·g-1 සහ 0.08 සිට 1 Ω·cm44.45 දක්වා අඩු ප්‍රතිරෝධකතාව නිසාය.400 rpm දී Vulcan XC-72R සමඟ මිශ්‍ර වූ උත්ප්‍රේරක නියැදියක LSV බිම් කොටස රූප සටහන 1. 4b හි පෙන්වා ඇත.Vulcan XC-72R එකතු කිරීමේ වඩාත්ම පැහැදිලි බලපෑම වන්නේ අවසාන ධාරා ඝනත්වය වැඩි කිරීමයි.තනි ලෝහ ඔක්සයිඩ සඳහා අතිරේක 0.60 mA cm-2, මිශ්‍ර ලෝහ ඔක්සයිඩ් සඳහා 0.40 mA cm-2 සහ ග්‍රැෆීන් සහ මාත්‍රණය කළ ග්‍රැෆීන් සඳහා 0.28 mA cm-2 සමඟ ලෝහ ඔක්සයිඩ් සඳහා මෙය වඩාත් කැපී පෙනෙන බව සලකන්න.N. 0.05 mA cm-2 එකතු කරන්න.-2.Vulcan XC-72R උත්ප්‍රේරක තීන්තයට එකතු කිරීම නිසා ග්‍රැෆීන් හැර අනෙකුත් සියලුම උත්ප්‍රේරක සඳහා ආරම්භක විභවය සහ E1/2 අර්ධ තරංග විභවය ධනාත්මක වෙනසක් ඇති විය.මෙම වෙනස්කම් වැඩිවන විද්‍යුත් රසායනික පෘෂ්ඨ ප්‍රදේශය භාවිතා කිරීමේ ප්‍රතිඵලයක් විය හැක.
මෙම උත්ප්‍රේරක මිශ්‍රණ සඳහා අනුරූප Tafel බිම් කොටස් සහ චාලක පරාමිතීන් පිළිවෙලින් S2b සහ වගුව 3 හි පෙන්වා ඇත.XC-72R සහිත සහ රහිත MnOx සහ ග්‍රැෆීන් ද්‍රව්‍ය සඳහා Tafel බෑවුම් අගයන් සමාන වූ අතර, ඒවායේ ORR මාර්ගවලට බලපෑමක් සිදු නොවූ බව පෙන්නුම් කරයි.කෙසේ වෙතත්, කොබෝල්ට් පාදක ඔක්සයිඩ Co3O4, NiCo2O4 සහ MnCo2O4 XC-72R සමඟ ඒකාබද්ධව -68 සහ -80 mV dec-1 අතර කුඩා සෘණ Tafel බෑවුම් අගයන් ලබා දුන්නේ ORR මාර්ගයේ මාරුවක් පෙන්නුම් කරයි.රූපය S3b මඟින් Vulcan XC-72R සමඟ ඒකාබද්ධ වූ උත්ප්‍රේරක නියැදියක් සඳහා KL කුමන්ත්‍රණයක් පෙන්වයි.සාමාන්‍යයෙන්, XC-72R සමඟ මිශ්‍ර වූ සියලුම උත්ප්‍රේරක සඳහා jk හි නිරපේක්ෂ අගයන්හි අඩුවීමක් නිරීක්ෂණය විය.MnOx jk හි නිරපේක්ෂ අගය 55 mA-1 cm2 කින් විශාලතම අඩුවීමක් පෙන්නුම් කරන අතර NiCo2O4 32 mA-1 cm-2 කින් අඩුවීමක් වාර්තා කළ අතර ග්‍රැෆීන් කුඩාම අඩුවීම 5 mA-1 cm2 කින් පෙන්නුම් කළේය.OVR අනුව උත්ප්රේරකයේ ආරම්භක ක්රියාකාරිත්වය මගින් උත්ප්රේරකයේ ක්රියාකාරිත්වය මත Vulcan XC-72R බලපෑම සීමා වී ඇති බව නිගමනය කළ හැකිය.
Vulcan XC-72R NiCo2O4, MnCo2O4, ග්‍රැෆීන් සහ නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කළ ග්‍රැෆීන් වල K අගයන්ට බලපාන්නේ නැත.කෙසේ වෙතත්, Vulcan XC-72R එකතු කිරීමත් සමඟ Co3O4 හි K අගය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වූ අතර, ORR මගින් මාරු කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාවේ වැඩි වීමක් පෙන්නුම් කරයි.කාබන් සංඝටක සමඟ Co3O4 හි එවැනි සහයෝගීතාවයක් refs හි වාර්තා වී ඇත.48, 49. කාබන් ආධාරකයක් නොමැති විට, Co3O4 විසින් HO2- සිට O2 දක්වා සහ OH-50.51 දක්වා අසමානතාවය ප්‍රවර්ධනය කරනු ඇතැයි සැලකේ, එය Co3O4 හි ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු අංකය 2 වැනි වගුවේ 2 පමණ සමඟ හොඳ එකඟතාවයකට පැමිණේ. කාබන් උපස්ථර මත Co3O4 හි භෞතික අවශෝෂණය 2 + 2 හතර-ඉලෙක්ට්‍රෝන ORR මාර්ගයක් ජනනය කිරීමට අපේක්ෂා කෙරේ ලෝහ ඔක්සයිඩ් මතුපිට විද්‍යුත් විච්ඡේදනය මගින් O2 බවට පරිවර්තනය වේ.
ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, Vulcan XC-72R එකතු කිරීමත් සමඟ K MnOx හි නිරපේක්ෂ අගය වැඩි විය, එය ඉලෙක්ට්‍රෝන හුවමාරු අංකය 4.6 සිට 3.3 දක්වා අඩුවීමක් නියෝජනය කරයි (වගුව 3).මෙයට හේතුව වන්නේ අදියර දෙකක ඉලෙක්ට්‍රෝන මාර්ගය සඳහා කාබන් උත්ප්‍රේරක සංයුක්තයේ ස්ථාන දෙකක් තිබීමයි.O2 සිට HO2- දක්වා ආරම්භක අඩු කිරීම කාබන් ආධාරක මත වඩාත් පහසුවෙන් සිදු වේ, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ORR53 හි ඉලෙක්ට්‍රෝන ද්වි-පථය සඳහා තරමක් වැඩි කැමැත්තක් ඇති වේ.
ධාරා ඝනත්ව පරාසයේ GDE අර්ධ සෛලය තුළ උත්ප්රේරකයේ ස්ථායීතාවය ඇගයීමට ලක් කරන ලදී.අත්තික්කා මත.5 GDE MnOx, MnCo2O4, NiCo2O4, ග්‍රැෆීන් සහ නයිට්‍රජන් මාත්‍රණය කරන ලද ග්‍රැෆීන් සඳහා කාලය එදිරිව විභව කොටස් පෙන්වයි.MnOx අඩු සහ ඉහළ ධාරා ඝනත්වයකදී හොඳ සමස්ත ස්ථායීතාවයක් සහ ORR කාර්ය සාධනයක් පෙන්නුම් කරයි, එය තවදුරටත් ප්‍රශස්තකරණය සඳහා සුදුසු බව යෝජනා කරයි.
1 M NaOH, 333 K, O2 ප්‍රවාහ අනුපාතය 200 cm3/min හි 10 සිට 100 mA/cm2 දක්වා ධාරාවකින් HDE සාම්පලවල Chronopotentiometry.
MnCo2O4 වත්මන් ඝනත්ව පරාසය හරහා හොඳ ORR ස්ථායීතාවයක් රඳවා ගන්නා බව පෙනේ, නමුත් 50 සහ 100 mA cm-2 ඉහළ ධාරා ඝනත්වයකදී MnCo2O4 MnOx මෙන් ක්‍රියා නොකරන බව පෙන්නුම් කරන විශාල අධි වෝල්ටීයතා නිරීක්ෂණය කෙරේ.100 mA cm-2 හි කාර්ය සාධනයේ ශීඝ්‍ර පහත වැටීමක් පෙන්නුම් කරමින් Graphene GDE පරීක්‍ෂා කරන ලද වත්මන් ඝනත්ව පරාසයට වඩා අඩුම ORR කාර්ය සාධනය ප්‍රදර්ශනය කරයි.එබැවින්, තෝරාගත් පර්යේෂණාත්මක තත්ත්වයන් යටතේ, Zn-air ද්විතියික පද්ධතියේ වැඩිදුර පරීක්ෂණ සඳහා MnOx GDE තෝරා ගන්නා ලදී.