Nature.com نى زىيارەت قىلغىنىڭىزغا رەھمەت.سىز چەكلىك CSS قوللىشى بىلەن توركۆرگۈ نۇسخىسىنى ئىشلىتىۋاتىسىز.ئەڭ ياخشى تەجرىبە ئۈچۈن يېڭىلانغان تور كۆرگۈچنى ئىشلىتىشىڭىزنى تەۋسىيە قىلىمىز (ياكى Internet Explorer دىكى ماسلىشىشچان ھالەتنى چەكلەڭ).ئۇنىڭدىن باشقا ، داۋاملىق قوللاشقا كاپالەتلىك قىلىش ئۈچۈن ، تور بېكەتنى ئۇسلۇب ۋە JavaScript كۆرسەتمەيمىز.
تام تەسۋىردە ھەر بىر تام تەسۋىردە ئۈچ ماقالە كۆرسىتىلىدۇ.كەينى ۋە كېيىنكى كۇنۇپكىلارنى ئىشلىتىپ تام تەسۋىردىن يۆتكىڭ ياكى ئاخىرىدا تام تەسۋىر كونترول كۇنۇپكىسى ئارقىلىق ھەر بىر تام تەسۋىردىن ئۆتۈڭ.
ئىككىلەمچى Zn ھاۋا باتارېيەسى ئۈچۈن ئۈنۈملۈك ، ئەرزان ۋە چىداملىق ئوكسىگېننى ئازايتىش رېئاكسىيەسى (ORR) ئېلېكترو ئانالىزچىسى ئىنتايىن مۇھىم.يەككە ۋە ئارىلاشما مېتال ئوكسىد ۋە كاربون ئېلېكتىرو ئانالىزچىلىرىنىڭ ORR پائالىيىتى ئايلانما دىسكا ئېلېكترود (RDE) ئۆلچەش ، تافېل يانتۇلۇق ۋە كۇتېتسكىي-لېۋىچ پىلانلىرى ئارقىلىق تەكشۈرۈلگەن.MnOx بىلەن XC-72R نىڭ بىرىكىشىنىڭ يۇقىرى PBP پائالىيىتى ۋە ياخشى مۇقىملىقىنى نامايان قىلىدىغانلىقى ، 100 mA cm - 2 گە يېتىدىغانلىقىنى بايقىغان.تاللانغان ORR ئېلېكتر قۇتۇبىنىڭ ئىقتىدارى ۋە ئىلگىرى ئەلالاشتۇرۇلغان ئوكسىگېننىڭ تەدرىجىي تەرەققىي قىلىش رېئاكسىيەسى (OER) ئېلېكترودى ئۈچ خىل ئېلېكترود سەپلىمىسىدە ئۆزى ياسىغان ئىككىلەمچى سىنىك ھاۋا باتارېيەسىدە سىناق قىلىنغان ، نۆۋەتتىكى زىچلىق ، ئېلېكترولىت قۇتۇپى ، تېمپېراتۇرا ، ئوكسىگېن ساپلىقى قاتارلىقلار. يەنە سىناق قىلىنغان.ORR ۋە OER نىڭ ئالاھىدىلىكىئېلېكترود.ئاخىرىدا ، ئىككىلەمچى سىنىك ھاۋا سىستېمىسىنىڭ چىدامچانلىقى باھالاندى ، 4 M NaOH + 0.3 M ZnO دىكى 20 mA cm-2 دىكى ئېنېرگىيە ئۈنۈمى% 58-61 بولۇپ ، 403 سائەت 333 K.
ئوكسىگېن ئېلېكترودلىق مېتال ھاۋا باتارېيەسى ئىنتايىن جەلپ قىلىش كۈچىگە ئىگە سىستېما دەپ قارىلىدۇ ، چۈنكى ئوكسىگېن ئېلېكترودنىڭ ئېلېكترو ئاكتىپلىق ماتېرىياللىرى ئەتراپتىكى ئاتموسفېرادىن ئاسانلا ئېرىشكىلى بولىدۇ ھەمدە ساقلاشنى تەلەپ قىلمايدۇ.بۇ ئوكسىگېن ئېلېكترودنىڭ چەكلىمىسىز سىغىمچانلىقىغا يول قويۇش ئارقىلىق سىستېما لايىھىسىنى ئاددىيلاشتۇرىدۇ ، بۇ ئارقىلىق سىستېمىنىڭ ئېنېرگىيە زىچلىقىنى ئاشۇرىدۇ.شۇڭلاشقا ، لىتىي ، ئاليۇمىن ، تۆمۈر ، سىنىك ، ماگنىي قاتارلىق ئانود ماتېرىياللىرىنى ئىشلىتىپ مېتال ھاۋا باتارېيەسى ئالاھىدە ئىقتىدارلىرى سەۋەبىدىن بارلىققا كەلگەن.بۇنىڭ ئىچىدە ، سىنىك ھاۋا باتارېيەسى بازارنىڭ تەننەرخ ، بىخەتەرلىك ۋە مۇھىت ئاسرايدىغان ئېھتىياجىنى قاندۇرالايدۇ ، چۈنكى سىنىك ئانود ماتېرىيالى سۈپىتىدە نۇرغۇن كۆڭۈلدىكىدەك ئالاھىدىلىكلەرگە ئىگە ، مەسىلەن سۇ ئېلېكتىرولىتنىڭ مۇقىملىقى ، ئېنېرگىيەنىڭ زىچلىقى ۋە تەڭپۇڭلۇقى تۆۋەن.يوشۇرۇن كۈچى.ھازىر گەرچە دەسلەپكى سىنىك ھاۋا باتارېيەسى ئاڭلاش ئەسۋابى ، تۆمۈر يول سىگنالى ۋە يول باشلاش چىرىغى قاتارلىق سودا قوللىنىشچان پروگراممىلىرىدا ئىشلىتىلگەن بولسىمۇ ، ئەمما ئىككىنچى سىنىك ھاۋا باتارېيەسىنىڭ لىتىيلىق باتارېيەگە سېلىشتۇرغاندا يۇقىرى ئېنېرگىيە زىچلىقى يوشۇرۇن كۈچى بار.بۇ ئېلىپ يۈرۈشكە ئەپلىك ئېلېكترون ، توكلۇق ماشىنا ، ئېلېكتر تورىنى كەڭ كۆلەمدە ساقلاش ۋە قايتا ھاسىل بولىدىغان ئېنېرگىيە ئىشلەپچىقىرىشىنى قوللاش ئۈچۈن سىنىك ھاۋا باتارېيەسىنى داۋاملىق تەتقىق قىلىشنى ئەرزىيدۇ.
ئىككىلەمچى Zn ھاۋا باتارېيەسىنىڭ تاۋارلىشىشىنى ئىلگىرى سۈرۈش ئۈچۈن ، ئاساسلىق مەقسەتلەرنىڭ بىرى ھاۋا ئېلېكتىروسىدىكى ئوكسىگېن رېئاكسىيەسىنىڭ ئۈنۈمىنى يۇقىرى كۆتۈرۈش ، يەنى ئوكسىگېننى ئازايتىش رېئاكسىيەسى (ORR) ۋە ئوكسىگېننىڭ تەدرىجىي تەرەققىي قىلىشى (OER).بۇنىڭ ئۈچۈن ئۈنۈملۈك ئېلېكتىرو ئانالىزچى ئارقىلىق ئىنكاس نىسبىتىنى يۇقىرى كۆتۈرگىلى ۋە شۇ ئارقىلىق ئۈنۈمنى ئاشۇرغىلى بولىدۇ.ھازىر ، قوش ئىقتىدارلىق كاتالىزاتور بىلەن ئوكسىگېن ئېلېكترود ئەدەبىياتتا 8،9،10 ياخشى تەسۋىرلەنگەن.گەرچە قوش ئىقتىدارلىق كاتالىزاتور ئېلېكترودنىڭ قۇرۇلمىسىنى ئاددىيلاشتۇرۇپ ، تۈركۈملەپ يۆتكىلىش زىيىنىنى ئازايتالايدۇ ، بۇ ئىشلەپچىقىرىش تەننەرخىنى تۆۋەنلىتىدۇ ، ئەمەلىيەتتە ، ORR غا ئەڭ ماس كېلىدىغان كاتالىزاتور دائىم OER غا ماس كەلمەيدۇ ، ئەكسىچە 11.مەشغۇلات يوشۇرۇن كۈچىدىكى بۇ پەرق كاتالىزاتورنىڭ تېخىمۇ كەڭ دائىرىدىكى يوشۇرۇن ئىقتىدارلارنىڭ ئاشكارىلىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ ، ئۇ ۋاقىتنىڭ ئۆتۈشىگە ئەگىشىپ ئۇنىڭ يەر يۈزى قۇرۇلمىسىنى ئۆزگەرتەلەيدۇ.ئۇنىڭدىن باشقا ، ئارىلىقتىكى باغلىنىش ئېنېرگىيىسىنىڭ ئۆز-ئارا تايىنىشى كاتالىزاتوردىكى ئاكتىپ تور بېكەتلەرنىڭ ھەر بىر ئىنكاستا ئوخشىمايدىغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ ، بۇ ئەلالاشتۇرۇشنى مۇرەككەپلەشتۈرۈۋېتىدۇ.
ئىككىلەمچى Zn- ھاۋا باتارېيەسىدىكى يەنە بىر چوڭ مەسىلە ئوكسىگېننىڭ لايىھىلىنىشىئېلېكترود، ئاساسلىقى ORR ۋە OER نىڭ يەككە ئىقتىدارلىق كاتالىزاتورى ئوخشىمىغان ئىنكاس مېدىيالىرىدا مەشغۇلات قىلىدۇ.ORR گازىنىڭ تارقىلىش قەۋىتى چوقۇم گىدروپوبىك بولۇشى ، ئوكسىگېن گازىنىڭ كاتالىزاتورلۇق ئورۇنلارغا كىرىشىگە يول قويۇشى كېرەك ، OER ئۈچۈن بولسا ئېلېكترود يۈزى چوقۇم گىدروفىللىق بولۇپ ، ئوكسىگېن كۆپۈكچىلىرىنى چىقىرىۋېتىشى كېرەك.ئەنجۈر ئۈستىدە.1 Jorissen12 نىڭ تەكشۈرۈشىدىن ئېلىنغان ئۈچ تىپىك ئىككىلەمچى ئوكسىگېن ئېلېكترود لايىھىسىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ ، ئۇلار:
تۇنجى ئېلېكترود لايىھىسىگە نىسبەتەن ، ئۇ بىرلا ۋاقىتتا ORR ۋە OER نى بىرلا ۋاقىتتا كاتالىزاتورلۇق قىلىدىغان بىرلا قەۋەت قوش كاتالىزاتورنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ ، ئەگەر بۇ لايىھەگە پەردە قوشۇلسا ، ئۇنداقتا كۆرسىتىلگەندەك پەردە ئېلېكترود قۇراشتۇرۇش (MEA) شەكىللىنىدۇ.ئىككىنچى خىل ئوخشىمىغان ئىككى خىل (ياكى ئۇنىڭدىنمۇ كۆپ) كاتالىزاتور كارىۋىتىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.بەزى ئەھۋاللاردا ، ئىككى كاتالىزاتورلۇق كارىۋات ئايرىلىدۇ ، OER نىڭ گىدروفىللىق تەرىپى ئېلېكترولىت ۋە ORR نىڭ يېرىم گىدروپوبىك تەرىپى ئېلېكترودنىڭ ئوچۇق ئۇچىغا قارايدۇ ، 16 ، 17 ، 18. ئالاھىدە ئوكسىگېن ئېلېكترود ۋە سىنىك ئېلېكترود 19،20.S1 جەدۋەلدە ھەر بىر لايىھەنىڭ ئەۋزەللىكى ۋە كەمچىلىكى كۆرسىتىلدى.
ORR ۋە OER رېئاكسىيەسىنى ئايرىيدىغان ئېلېكترود لايىھىسىنىڭ يولغا قويۇلۇشى ئىلگىرى ۋېلىسىپىت مىنىشنىڭ مۇقىملىقىنى كۆرسىتىپ بەردى.بولۇپمۇ ئۈچ خىل ئېلېكترود سەپلىمىسى ئۈچۈن تېخىمۇ شۇنداق ، بۇ يەردە تۇراقسىز كاتالىزاتور ۋە قوشۇمچە خۇرۇچلارنىڭ ناچارلىشىشى ئەڭ تۆۋەن چەككە چۈشۈپ قالىدۇ ھەمدە سىرتقا چىقىپ كېتىش پۈتكۈل يوشۇرۇن دائىرىدە كونترول قىلىنىدۇ.مۇشۇ سەۋەبلەر تۈپەيلىدىن ، بىز بۇ ئەسەردە ئۈچ ئېلېكترودلىق Zn- ھاۋا سەپلىمىسىنى قوللاندۇق.
بۇ ماقالىدە ئالدى بىلەن ھەرخىل ئۆتكۈنچى مېتال ئوكسىد ، كاربون ماتېرىياللىرى ۋە پايدىلىنىش كاتالىزاتورلىرىنى ئايلانما دىسكا ئېلېكترود (RDE) تەجرىبىسى بىلەن سېلىشتۇرۇش ئارقىلىق يۇقىرى ئىقتىدارلىق ORR كاتالىزاتورنى تاللايمىز.ئۆتكۈنچى مېتال ئوكسىدلىرى ئوخشىمىغان ئوكسىدلىنىش ھالىتى سەۋەبىدىن ياخشى ئېلېكترو ئانالىزچى بولىدۇ.بۇ بىرىكمىلەرنىڭ ئالدىدا رېئاكسىيە تېخىمۇ ئاسان كاتالىزاتورلۇق بولىدۇ.مەسىلەن ، مانگان ئوكسىدلىرى ، كوبالت ئوكسىدلىرى ۋە كوبالتنى ئاساس قىلغان ئارىلاشما ئوكسىدلار (NiCo2O4 ۋە MnCo2O4 غا ئوخشاش) 22،23،24 ، يېرىم تولغان D ئوربېتىسى ، ئېلېكتروننىڭ ئېنېرگىيە سەۋىيىسى سەۋەبىدىن ئىشقارلىق شارائىتىدا ياخشى ORR نى كۆرسىتىدۇ. خىزمەت ۋە كېسىش راھەتلىكىنى ئۆستۈردى.ئۇنىڭدىن باشقا ، ئۇلار مۇھىتتا تېخىمۇ مول بولۇپ ، قوبۇل قىلىشقا بولىدىغان ئېلېكتر ئۆتكۈزۈشچانلىقى ، ئاكتىپچانلىقى يۇقىرى ۋە مۇقىملىقى ياخشى.ئوخشاشلا ، كاربون ماتېرىياللىرى كەڭ كۆلەمدە ئىشلىتىلگەن بولۇپ ، يۇقىرى توك ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە يەر يۈزىنىڭ ئەۋزەللىكى بار.بەزى ئەھۋاللاردا ، ئازوت ، بور ، فوسفور ، گۈڭگۈرت قاتارلىق گېروئولوگىيىلىك ماددىلار كاربونغا كىرگۈزۈلۈپ ، ئۇنىڭ قۇرۇلمىسىنى ئۆزگەرتىپ ، بۇ ماتېرىياللارنىڭ ORR ئالاھىدىلىكىنى تېخىمۇ ياخشىلايدۇ.
تەجرىبە نەتىجىسىگە ئاساسەن ، بىز تاللانغان OVR كاتالىزاتورنى گاز تارقىتىش ئېلېكترودى (GDE) غا كىرگۈزدۇق ۋە ئۇلارنى نۆۋەتتىكى ھەر خىل زىچلىقتا سىناق قىلدۇق.ئاندىن ئەڭ ئۈنۈملۈك ORR GDE كاتالىزاتورى ئىلگىرىكى خىزمىتىمىزدە ئەلالاشتۇرۇلغان رېئاكسىيە خاراكتېرلىك OER ئېلېكترود بىلەن بىللە ئۆزىمىزنىڭ ئۈچ ئېلېكترود ئىككىلەمچى Zn- ھاۋا باتارېيەسىگە يىغىلدى.ئۇدا قويۇپ بېرىش ۋە توك قاچىلاش ۋېلىسىپىت تەجرىبىسى جەريانىدا يەككە ئوكسىگېن ئېلېكترودىنىڭ يوشۇرۇن كۈچى نازارەت قىلىنىپ ، نۆۋەتتىكى زىچلىق ، ئېلېكترولىت قۇتۇپى ، ھۈجەيرە مەشغۇلات تېمپېراتۇرىسى ۋە ئوكسىگېن ساپلىقى قاتارلىق مەشغۇلات شارائىتىنىڭ تەسىرىنى تەتقىق قىلدى.ئاخىرىدا ، ئەڭ ياخشى مەشغۇلات شارائىتىدا ئۇدا ۋېلىسىپىت مىنىش جەريانىدا Zn- ھاۋا ئىككىلەمچى باتارېيەسىنىڭ مۇقىملىقى باھالاندى.
MnOx28 خىمىيىلىك رېئاكسىيە ئۇسۇلى ئارقىلىق تەييارلانغان: 50 مىللىلېتىر 0.04 M KMnO4 ئېرىتمىسى (Fisher Scientific, 99%) 100 مىللىلېتىر 0.03 M Mn (CH3COO) 2 (Fisher Scientific, 98%) قوشۇلۇپ ، قوڭۇر رەڭلىك چۆكمە ھاسىل قىلدى.بۇ ئارىلاشما سۇيۇقلاندۇرۇلغان ناترىي ھىدروكسىد بىلەن pH 12 گە تەڭشەلگەن ، ئاندىن كەچ سائەت 2500 دە 3-5 قېتىم مەركەزلەشتۈرۈلۈپ چۆكمە يىغىدۇ.ئاندىن چۆكمە دىئونلانغان سۇ بىلەن يۇيۇلۇپ ، پېرگانگانات ئىئوننىڭ بىنەپشە رەڭگى يوقالغۇچە.ئاخىرىدا ، بۇ ئامانەتلەر بىر كېچىدىلا 333 K دە ھاۋادا قۇرۇتۇلدى ، ئاندىن تومۇر سوقۇلدى.
Spinel ئوكسىد Co3O4 ، NiCo2O4 ۋە MnCo2O4 ئىسسىقلىق پارچىلىنىش ئارقىلىق بىرىكتۈرۈلگەن.NiCo2O4 ۋە MnCo2O4 0.5 M (14.5 g) نىكېل (II) نىترات ئالتە ئوكسىد ، نى (NO3) 2⋅6H2O (بېلىقچىلىق ئىلمى ،% 99.9) ياكى 0.5 M (12.6 g) تېتراھىدرات مانگان (II) نىترات Mn (NO3) نى قوشۇش ئارقىلىق تەييارلاندى. ).) 2 4H2O (سىگما ئالدرىچ ، ≥ 97%) ۋە 1 M (29.1 g) كوبالت (II) نىترات ئالتە ئوكسىد ، Co (NO3) 2 6H2O ) 100 مىللىمېتىر سۇيۇقلۇق قاچىسىدا.مېتانول ئۆتكۈنچى مېتال نىتراتقا كىچىك بۆلەكلەرگە قوشۇلۇپ ، بىر خىل ھەل قىلىش چارىسى تېپىلغۇچە ئۇدا غىدىقلىنىدۇ.ئاندىن ھەل قىلىش چارىسى كرېستكە يۆتكەلدى ۋە ئىسسىق تەخسىگە قىزىتىلىپ ، قېنىق قىزىل قاتتىق قالدى.قاتتىق دېتال 648 K لىك ھاۋادا 20 سائەت ھېسابلانغان.نەتىجىدە ھاسىل بولغان قاتتىق يەر ئىنچىكە تالقانغا ئايلانغان.Co3O4 بىرىكتۈرۈش جەريانىدا Ni (NO3) 2 6H2O ياكى Mn (NO3) 2 4H2O قوشۇلمىدى.
يەر يۈزى 300 m2 / g (سىگما ئالدرىچ) ، گرافېن نانوشېت ، ئازوت (سىگما ئالدرىچ) ، كاربون قارا پاراشوك (Vulcan XC-72R ، كابوت شىركىتى ،% 100) ، MnO2 (Sigma Aldrich) ۋە 5 wt.% Pt / C (Acros Organics) ھازىرقىدەك ئىشلىتىلگەن.
RDE (Pine Research Instrumentation) ئۆلچەش ئەسۋابى 1 M NaOH دىكى ھەر خىل ORR كاتالىزاتورلىرىنىڭ پائالىيىتىنى باھالاشقا ئىشلىتىلگەن.كاتالىزاتورلۇق سىياھ 1 مىللىگىرام كاتالىزاتور + 1 مىللىمېتىر دىئونلاشتۇرۇلغان (DI) H2O + 0.5 مىللىمېتىر ئىزوپروپانول (IPA) + 5 µl 5 wt% Nafion 117 (Sigma-Aldrich) دىن تەركىب تاپقان.Vulcan XC-72R قوشۇلغاندا ، كاتالىزاتورلۇق بوياق 0.5 mg كاتالىزاتور + 0.5 mg Vulcan XC-72R + 1 مىللىمېتىر DI HO + 0.5 مىللىمېتىر IPA + 5 µl 5 wt% Nafion 117 دىن تەركىب تاپقان بولۇپ ، ماتېرىياللارنىڭ ئىزچىل يۈكلىنىشىگە كاپالەتلىك قىلىدۇ.بۇ ئارىلاشما 20 مىنۇتلۇق تەقلىد قىلىنغان بولۇپ ، Cole-Parmer LabGen 7 قاتارىدىكى بىرىكتۈرگۈچنى ئىشلىتىپ 28000 rpm دا 4 مىنۇت ئىشلىتىلگەن.ئاندىن سىياھ دىئامېتىرى 4 مىللىمېتىر (خىزمەت رايونى ≈ 0.126 cm2) بولغان ئەينەك كاربون ئېلېكترود (قارىغاي چالغۇ ئەسۋاب شىركىتى) نىڭ يۈزىگە 8 مىللىمېتىرلىق ئۈچ خىل ئالكوكقا سۈرۈلۈپ ، قاتلاملار ئارا قۇرۇتىلىپ ، 120 مىللىگىرام ئېغىرلىقتىكى يۈك بىلەن تەمىنلەندى. -2.قوللىنىشچان پروگراممىلار ئارىسىدا ، ئەينەك كاربون ئېلېكترود يۈزى ئارقا-ئارقىدىن MicroCloth (Buehler) ۋە 1.0 مىللىمېتىر ۋە 0.5 مىللىمېتىرلىق ئاليۇمىن پاراشوكى (MicroPolish, Buehler) بىلەن ھۆللەشتۈرۈلۈپ ، دىئونلانغان H2O دا سونىكلاشتۇرۇلدى.
ORR گاز تارقىتىش ئېلېكترود ئەۋرىشكىسى ئىلگىرى تەسۋىرلەنگەن كېلىشىم 28 گە ئاساسەن تەييارلانغان.ئالدى بىلەن ، كاتالىزاتور پاراشوكى بىلەن Vulcan XC-72R 1: 1 ئېغىرلىق نىسبىتىدە ئارىلاشتۇرۇلدى.ئاندىن قۇرۇق پاراشوك ئارىلاشمىسىغا پولىتېترافلوئوروئېتىلېن (PTFE) (H2O دىكى% 60 ۋات) ئېرىتمىسى ۋە IPA / H2O نىسبىتى 1: 1 بولغان ئېرىتكۈچى ئارىلاشتۇرۇلدى.كاتالىزاتورلۇق بوياقنى 20 مىنۇت ئەتراپىدا سونىك قىلىپ ، كەچ سائەت 28،000 دە 4 مىنۇت ئەتراپىدا بىرىكتۈرۈڭ.ئاندىن سىياھ نېپىز ھالدا دىئامېتىرى 13 مىللىمېتىر (AvCarb GDS 1120) ئالدىن كېسىلگەن كاربون قەغىزىگە نېپىز سۈرۈلۈپ ، 2 mg cm2 كاتالىزاتورغا يەتكۈچە قۇرۇدى.
OER ئېلېكترودلىرى Ni - Fe گىدروكسىد كاتالىزاتورىنىڭ 15 مىللىمېتىر x 15 مىللىمېتىرلىق داتلاشماس پولاتنىڭ كاتولىك ئېلېكتروپودسىيىسى ئارقىلىق ياسالغان.mesh(DeXmet Corp ، 4SS 5-050) دوكلات قىلىنغان 26،27.ئېلېكترودېپوسسىيە ئۆلچەملىك ئۈچ ئېلېكترود يېرىم ھۈجەيرە (تەخمىنەن 20 cm3 لىك پولىمېرلىق سىرلانغان ئەينەك ھۈجەيرە) دە Pt تورى بىلەن ئېلېكتر قۇتۇبى ، Hg / HgO بولسا 1 M NaOH دە پايدىلىنىش ئېلېكترودى سۈپىتىدە ئېلىپ بېرىلدى.كاتالىزاتور سىرلانغان داتلاشماس پولات تورنىڭ 10 مىللىمېتىر قېلىنلىقتىكى كاربون پولات چىۋىق بىلەن تەخمىنەن 0.8 cm2 ئەتراپىدىكى يەرنى كېسىشتىن بۇرۇن ھاۋا قۇرۇشىغا يول قويۇڭ.
سېلىشتۇرۇش ئۈچۈن ، سودا ORR ۋە OER ئېلېكترودلىرى ئوخشاش شارائىتتا قوبۇل قىلىنغان ۋە سىناق قىلىنغان.سودا ORR ئېلېكترودى (QSI Nano Gas Diffusion ئېلېكترود ، كۋانت دائىرىسى ، قېلىنلىقى 0.35 مىللىمېتىر) مانگان ۋە كاربون ئوكسىدتىن تەركىب تاپقان بولۇپ ، نىكېل تور ئېقىمى يىغىپ ساقلىغۇچى بىلەن سىرلانغان ، سودا OER ئېلېكترود (1.7 تىپ ، ئالاھىدە ماگنىتو ئانودى ، BV) نىڭ قېلىنلىقى 1.3. mm.Ru-Ir ئارىلاشما مېتال ئوكسىد بىلەن سىرلانغان 1.6 مىللىمېتىرغىچە كېڭەيتىلگەن تىتان تورى.
كاتالىزاتورنىڭ يەر يۈزى مورفولوگىيىسى ۋە تەركىبى يۇقىرى ۋاكۇئۇم ئاستىدا مەشغۇلات قىلىۋاتقان FEI Quanta 650 FEG سىكانېرلاش ئېلېكترون مىكروسكوپ (SEM) ئارقىلىق ۋە 5 كىلوۋولتلۇق تېزلىنىش بېسىمى بىلەن خاراكتېرلەنگەن.پاراشوك X نۇرى دىففراكسىيەسى (XRD) سانلىق مەلۇماتلىرى مىس تۇرۇبا مەنبەسى (λ = 1.5418 Å) بولغان Bruker D8 Advance X نۇرى دىففراكومېتىردا توپلانغان ۋە Bruker Diffraction Suite EVA يۇمشاق دېتالى ئارقىلىق تەھلىل قىلىنغان.
بارلىق ئېلېكتىرو خىمىيىلىك ئۆلچەشلەر بىئولوگىيىلىك SP-150 potentiostat ۋە EC تەجرىبىخانىسى يۇمشاق دېتالى ئارقىلىق ئېلىپ بېرىلدى.RDE ۋە GDE نىڭ ئەۋرىشكىسى 200 سانتىمېتىرلىق چاپان ئەينەك ھۈجەيرە ۋە لاگگىن قىل قان تومۇردىن تەركىب تاپقان ئۆلچەملىك ئۈچ ئېلېكترود قۇرۇلمىسىدا سىناق قىلىنغان.1 M NaOH دىكى Pt mesh ۋە Hg / HgO ئايرىم-ئايرىم ھالدا قايتۇرما ۋە پايدىلىنىش ئېلېكترودى سۈپىتىدە ئىشلىتىلگەن.
ھەر قېتىملىق سىناقتا RDE ئۆلچەش ئۈچۈن ، يېڭى 1 M NaOH ئېلېكترولىت ئىشلىتىلگەن ، ئايلانما سۇ مۇنچىسى (TC120 ، Grant) ئارقىلىق تېمپېراتۇرا 298 K تۇراقلىق ھالەتتە ساقلانغان.گازلىق ئوكسىگېن (BOC) ھەر قېتىملىق سىناقتىن ئىلگىرى كەم دېگەندە 30 مىنۇت ئەتراپىدا 25 ~ 50 µm لىك ئەينەك قورۇما ئارقىلىق ئېلېكترولىتقا كۆپۈككە ئايلانغان.ORR قۇتۇپلىشىش ئەگرى سىزىقىغا ئېرىشىش ئۈچۈن ، يوشۇرۇن كۈچى 0.1 دىن -0.5 V غىچە (Hg / HgO غا سېلىشتۇرغاندا) سىكانىرلاش سۈرئىتى 5 mV s -1 بولغاندا 400 rpm.دەۋرىيلىك ۋولتامگراممىلار 0 m -1.0 V بىلەن Hg / HgO ئارىسىدىكى يوشۇرۇن كۈچنى 50 mV s-1 لىك سۈرئەت بىلەن سۈپۈرۈپ قولغا كەلتۈرۈلدى.
HDE ئۆلچەش ئۈچۈن ، 1 M NaOH ئېلېكترولىت 333 K دە ئايلانما سۇ مۇنچىسى بىلەن ساقلانغان.0.8 سانتىمېتىرلىق ئاكتىپ رايون ئېلېكترولىتنىڭ تەسىرىگە ئۇچرىغان بولۇپ ، ئېلېكتر قۇتۇبىنىڭ ئارقا تەرىپىگە مىنۇتىغا 200 cm3 لىك سۈرئەت بىلەن ئوكسىگېن تەمىنلەنگەن.ئىشلەيدىغان ئېلېكترود بىلەن پايدىلىنىش ئېلېكترودىنىڭ مۇقىم ئارىلىقى 10 مىللىمېتىر ، ئىشلەيدىغان ئېلېكترود بىلەن قارشى ئېلېكتر قۇتۇبىنىڭ ئارىلىقى 13-15 مىللىمېتىر.نىكېل سىم ۋە تور تەبىئىي گاز بىلەن تەمىنلەيدۇ.ئېلېكترودنىڭ مۇقىملىقى ۋە ئۈنۈمىنى باھالاش ئۈچۈن 10 ، 20 ، 50 ۋە 100 mA cm-2 دە Chronopotentiometric ئۆلچەش ئېلىپ بېرىلدى.
ORR ۋە OER ئېلېكترودنىڭ ئالاھىدىلىكى 200 cm3 لىك چاپان ئەينەك ھۈجەيرىسىدە PTFE29 قىستۇرۇلغان.S1 رەسىمدە سىستېمىنىڭ سىخېما دىئاگراممىسى كۆرسىتىلدى.باتارېيەدىكى ئېلېكترود ئۈچ ئېلېكترود سىستېمىسىغا ئۇلىنىدۇ.ئىشلەيدىغان ئېلېكترود ئايرىم-ئايرىم رېئاكسىيىلىك ئالاھىدە ORR ۋە OER ئېلېكترودتىن تەركىب تاپقان بولۇپ ، ئۇ ئېلېكترونلۇق مودېل (Songle, SRD-05VDC-SL-C) ۋە سىنك ئانود بىلەن مىكرو كونتروللىغۇچ (Raspberry Pi 2014 © مودېل B + V1.2) غا ئۇلانغان.بىر جۈپ بولۇش سۈپىتى بىلەن 4 M NaOH دىكى ئېلېكترود ۋە پايدىلىنىش ئېلېكترودى Hg / HgO سىنىك ئانود بىلەن 3 مىللىمېتىر ئارىلىقتا ئىدى.Raspberry Pi ۋە يەتكۈزۈش مودۇلىنى باشقۇرۇش ۋە كونترول قىلىش ئۈچۈن Python قوليازمىسى يېزىلغان.
بۇ ھۈجەيرە سىنىك ياپراقچىسى ئانود (Goodfellow ، قېلىنلىقى 1 مىللىمېتىر ،% 99.95) گە ماسلاشتۇرۇلغان بولۇپ ، پولىمېر ياپقۇچ ئېلېكترودنى تەخمىنەن 10 مېتىر يىراقلىقتا تۇرغۇزغان.4 مىللىمېتىر ئارىلىقى.نىترىل كاۋچۇك قىستۇرما ئېلېكتر قۇتۇبىنى قاپاققا مۇقىملاشتۇردى ، ئېلېكترودنىڭ ئېلېكتر ئالاقىسى ئۈچۈن نىكېل سىم (ئالفا ئايسار ، دىئامېتىرى 0.5 مىللىمېتىر ، ئۇلانغان ،% 99.5 Ni) ئىشلىتىلگەن.سىنىك ياپراقچىسى ئانودنى ئالدى بىلەن ئىزوپروپانول بىلەن تازىلاپ ، ئاندىن دېئونسىزلانغان سۇ بىلەن تازىلاپ ، ياپقۇچنىڭ يۈزىنى پوپروپولىن لېنتىسى (Avon ، AVN9811060K ، قېلىنلىقى 25 µm) بىلەن يېپىپ ، تەخمىنەن 0.8 cm2 بولغان ئاكتىپ رايوننى ئاشكارىلىدى.
بارلىق ۋېلىسىپىت مىنىش تەجرىبىسى 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ئېلېكترولىتتا 333 K دە ئېلىپ بېرىلدى.رەسىمدە ، Ewe Hg / HgO غا قارىتا ئوكسىگېن ئېلېكترودنىڭ (ORR ۋە OER) يوشۇرۇن كۈچىنى كۆرسىتىدۇ ، Ece Hg / HgO غا نىسبەتەن سىنىك ئېلېكترودنىڭ يوشۇرۇن كۈچىگە ۋەكىللىك قىلىدۇ ، Ecell Hg / HgO غا قارىتا تولۇق ۋەكىللىك قىلىدۇ. ھۈجەيرە يوشۇرۇن كۈچى ياكى يوشۇرۇن پەرقى.ئىككى خىل باتارېيە يوشۇرۇن كۈچى ئارىسىدا.OPP ئېلېكترودنىڭ ئارقا تەرىپىگە ئوكسىگېن ياكى پىرىسلانغان ھاۋا مىنۇتىغا 200 cm3 / m لىك تۇراقلىق سۈرئەت بىلەن تەمىنلەنگەن.ئېلېكترودنىڭ ۋېلىسىپىت مۇقىملىقى ۋە ئىقتىدارى ھازىرقى زىچلىقى 20 mA cm-2 ، ئايلىنىش ۋاقتى 30 مىنۇت ، ھەر يېرىم ئايلىنىش ئارىلىقىدا OCV ئارام ئېلىش ۋاقتى 1 مىنۇت.ھەر قېتىملىق سىناقتا كەم دېگەندە 10 دەۋرىيلىك ئېلىپ بېرىلىپ ، 1 ، 5 ۋە 10 دەۋرىيلىكتىن سانلىق مەلۇماتلار چىقىرىلىپ ، ئېلېكترودنىڭ ۋاقىتنىڭ ئۆتۈشىگە ئەگىشىپ ئەھۋالى ئېنىقلاندى.
ORR كاتالىزاتورنىڭ مورفولوگىيىسى SEM بىلەن ئىپادىلەنگەن (2-رەسىم) ، پاراشوك X نۇرى دىففراكسىيەسىنى ئۆلچەش ئەۋرىشكىلەرنىڭ خرۇستال قۇرۇلمىسىنى دەلىللىدى (3-رەسىم).كاتالىزاتور ئەۋرىشكىسىنىڭ قۇرۇلما پارامېتىرلىرى 1-جەدۋەلدە كۆرسىتىلدى. 1. مانگان ئوكسىدنى سېلىشتۇرغاندا ، ئەنجۈردىكى سودا MnO2.2a چوڭ زەررىچىلەردىن تەركىب تاپقان ، 3a رەسىمدىكى دىففراكسىيە ئەندىزىسى ئۈچ بۇرجەكلىك β-MnO2 نىڭ JCPDS 24-0735 گە ماس كېلىدۇ.ئەكسىچە ، 2b رەسىمدىكى MnOx يۈزىدە ئىنچىكە ۋە ئىنچىكە زەررىچىلەر كۆرسىتىلدى ، بۇ 66 ° رەسىمدىكى دىففراكسىيە ئەندىزىسىگە ماس كېلىدۇ ، چوققا (110) ، (220) ، (310) ، (211) ۋە (541) ئۈچ بۇرجەكلىك مەركەزلىك α-MnO2 گىدرات ، JCPDS 44-014028.
(a) MnO2 ، (b) MnOx ، (c) Co3O4 ، (d) NiCo2O4 ، (e) MnCo2O4 ، (f) Vulcan XC-72R % Pt / C.
(A) MnO2 ، (b) MnOx ، (c) Co3O4 ، (d) NiCo2O4 ، (e) MnCo2O4 ، (f) Vulcan XC-72R ، ئازوت دوپپا ۋە گرافېن ۋە % پىلاتىنا / كاربون.
ئەنجۈر ئۈستىدە.2c - e ، كوبالت Co3O4 ، NiCo2O4 ۋە MnCo2O4 نى ئاساس قىلغان ئوكسىدنىڭ يەر يۈزى مورفولوگىيىسى تەرتىپسىز چوڭلۇقتىكى زەررىچىلەر توپىدىن تەركىب تاپقان.ئەنجۈر ئۈستىدە.3c - e بۇلارنىڭ ھەممىسىنىڭ ئۆتكۈنچى باسقۇچ ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇمېتالئوكسىدنىڭ ئايلانما قۇرۇلمىسى ۋە شۇنىڭغا ئوخشاش كۇب كىرىستال سىستېمىسى بار (JCPDS 01-1152 ، JCPDS 20-0781 ۋە JCPDS 23-1237).بۇ ئىسسىقلىق پارچىلىنىش ئۇسۇلىنىڭ يۇقىرى كىرىستال مېتال ئوكسىد ئىشلەپچىقىرىش ئىقتىدارىغا ئىگە ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ ، دىففراكسىيە ئەندىزىسىدىكى كۈچلۈك ئېنىقلانغان چوققىلار بۇنى ئىسپاتلايدۇ.
كاربون ماتېرىياللىرىنىڭ SEM تەسۋىرلىرى چوڭ ئۆزگىرىشلەرنى كۆرسىتىدۇ.ئەنجۈر ئۈستىدە.2f Vulcan XC-72R كاربون قارا قويۇق قاچىلانغان نانو بۆلەكلىرىدىن تەركىب تاپقان.ئەكسىچە ، 2g رەسىمدىكى گرافېننىڭ پەيدا بولۇشى بىر قىسىم توپلاشتۇرۇلغان قاتتىق تەرتىپسىز تەخسە.قانداقلا بولمىسۇن ، N كۆپەيتىلگەن گرافېن (2h رەسىم) نېپىز قەۋەتلەردىن تەركىب تاپقاندەك قىلىدۇ.Vulcan XC-72R نىڭ ماس كېلىدىغان X نۇرى دىففراكسىيە ئەندىزىسى ، سودا گرافېن نانوسى ۋە ئەنجۈردىكى N كۆپەيتىلگەن گرافېن.3f (002) ۋە (100) كاربون چوققىسىنىڭ 2θ قىممىتىدە كىچىك ئۆزگىرىشلەرنى كۆرسىتىدۇ.Vulcan XC-72R JCPDS 41-1487 دىكى ئالتە تەرەپلىك گرافت دەپ ئېنىقلانغان ، چوققا چوققىسى (002) ۋە (100) ئايرىم-ئايرىم ھالدا 24.5 ° ۋە 43.2 °.ئوخشاشلا ، N كۆپەيتىلگەن گرافېننىڭ (002) ۋە (100) چوققىسى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 26.7 ° ۋە 43.3 °.Vulcan XC-72R ۋە ئازوت دوپپا گرافېننىڭ X نۇرىدا دىففراكسىيە ئەندىزىسىدە كۆزىتىلگەن تەگلىك كۈچلۈكلىكى بۇ ماتېرىياللارنىڭ يەر يۈزى مورفولوگىيىسىدىكى ئىنتايىن قالايمىقان بولغانلىقىدىندۇر.بۇنىڭغا سېلىشتۇرغاندا ، گرافېن نانوشېتنىڭ دىففراكسىيە ئەندىزىسىدە ئۆتكۈر ، كۈچلۈك چوققا (002) 26.5 ° ، كىچىك كەڭ چوققا (100) 44 سېلسىيە گرادۇس بولۇپ ، بۇ ئەۋرىشكىنىڭ تېخىمۇ خىرۇستال خاراكتېرىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
ئاخىرىدا ، ئەنجۈردە.2i SEM سۈرىتى 5 wt.% Pt / C يۇمىلاق بوشلۇقتىكى تاياق شەكىللىك كاربون پارچىلىرىنى كۆرسىتىدۇ.كۇبىك Pt 3g رەسىمدىكى% 5 wt% Pt / C دىففراكسىيە ئەندىزىسىدىكى كۆپ قىسىم چوققىلاردىن بەلگىلىنىدۇ ، 23 ° دىكى چوققا قىممەت ھازىرقى كاربوننىڭ (002) چوققىسىغا ماس كېلىدۇ.
بىر سىزىقلىق سۈپۈرۈش ORR كاتالىزاتور ۋولتامگرامما 5 mV s-1 نىڭ سۈپۈرۈش سۈرئىتىدە خاتىرىلەندى.كەڭ كۆلەمدە يۆتكىلىش چەكلىمىسى تۈپەيلىدىن ، يىغىلغان خەرىتە (4a رەسىم) ئادەتتە S شەكىللىك بولۇپ ، سەلبىي يوشۇرۇن كۈچى بار ئېگىزلىككە سوزۇلغان.چەكلىمىگە ئۇچرايدىغان نۆۋەتتىكى زىچلىق ، jL ، يوشۇرۇن E1 / 2 (بۇ يەردە j / jL = ½) ۋە -0.1 mA cm-2 دىكى قوزغىلىش يوشۇرۇن كۈچى بۇ يەرلەردىن ئېلىنغان ۋە 2-جەدۋەلدە كۆرسىتىلگەن. ئەنجۈردە دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدۇ.4a ، كاتالىزاتور ئۇلارنىڭ E1 / 2 يوشۇرۇن كۈچىگە ئاساسەن تۈرگە ئايرىلىدۇ: (I) مېتال ئوكسىد ، (II) كاربون ماتېرىياللىرى ۋە (III) ئېسىل مېتاللار.
(A) كاتالىزاتور ۋە (b) كاتالىزاتور ۋە XC-72R نىڭ نېپىز پەردە سىزىقلىق سۈپۈرۈش ۋولتامگراممىلىرى ، RDE ئەينەك كاربون تەكشۈرۈش ئەسۋابىدا 400 rpm دە ئۆلچەش ، O2 تويۇنۇشتا سىكاننېرلاش نىسبىتى 5 mV s-1 بولۇپ ، 298 K M NaOH cf.
I گۇرۇپپىدىكى Mn ۋە Co نىڭ ئايرىم مېتال ئوكسىدلىرى دەسلەپكى يوشۇرۇن كۈچىنى ئايرىم-ئايرىم ھالدا -0.17 V ۋە -0.19 V ، E1 / 2 قىممىتى -0.24 بىلەن -0.26 V ئارىلىقىدا كۆرسىتىدۇ. .(1) ۋە (2) ، ئەنجۈردىكى باشلىنىش يوشۇرۇن كۈچىنىڭ يېنىدا كۆرۈلىدۇ.4a تەڭلىمىسىدىكى ORR ۋاسىتىلىك يولىنىڭ بىرىنچى قەدەم 2e نىڭ ئۆلچەملىك يوشۇرۇن كۈچىگە ماس كېلىدۇ.(3)
ئوخشاش گۇرۇپپىدىكى ئارىلاشما مېتال ئوكسىد MnCo2O4 ۋە NiCo2O4 ئايرىم-ئايرىم ھالدا -0.10 ۋە -0.12 V دە ئازراق تۈزىتىلگەن دەسلەپكى يوشۇرۇن ئىقتىدارنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ ، ئەمما تەخمىنەن 10 - 0.23 ۋولتلۇق E1 / 2 قىممىتىنى ساقلاپ قالىدۇ.
ئىككىنچى گۇرۇپپىدىكى كاربون ماتېرىياللىرى I گۇرۇپپىدىكى مېتال ئوكسىدلارغا قارىغاندا تېخىمۇ ئاكتىپ E1 / 2 قىممىتىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.گرافېن ماتېرىيالىنىڭ دەسلەپكى يوشۇرۇن كۈچى -0.07 V ، E1 / 2 قىممىتى -0.11 V ، دەسلەپكى يوشۇرۇن كۈچى ۋە 72R Vulcan XC نىڭ E1 / 2 ئايرىم-ئايرىم ھالدا -0.12V ۋە -0.17V.III گۇرۇپپىدا ، 5 wt% Pt / C ئەڭ ئاكتىپ دەسلەپكى يوشۇرۇن كۈچنى 0.02 V ، E1 / 2 -0.055 V ، ئەڭ يۇقىرى چەك -0.4 V دەپ كۆرسەتتى ، چۈنكى ئوكسىگېننىڭ تۆۋەنلىشى 4e يولىنىڭ نۆۋەتتىكى زىچلىقىدا يۈز بەردى. .ئۇ يەنە Pt / C نىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى يۇقىرى ۋە ORR ئىنكاسىنىڭ تەتۈر يۆنىلىشلىك ھەرىكەتچانلىقى سەۋەبىدىن ئەڭ تۆۋەن E1 / 2 گە ئىگە.
S2a رەسىمدە ھەر خىل كاتالىزاتورلارنىڭ Tafel يانتۇلۇق ئانالىزى كۆرسىتىلدى.ھەرىكەتچان كونترول قىلىنىدىغان رايون% 5 wt. چۈنكى Tafel Pt / C بولسا -63.5 mV ss-1 بولۇپ ، تۆۋەن توك زىچلىقىدىكى Pt ئۈچۈن تىپىك dE / d log i = –2.3 RT / F31.32 بولۇپ ، سۈرئەت بەلگىلەش باسقۇچى ئوكسىگېننىڭ فىزىئولوگىيىلىك سۈمۈرۈلۈشكە ئۆتۈشىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. chemisorption33,34.كاربون ماتېرىياللىرىنىڭ Tafel يانتۇلۇق قىممىتى Pt / C (-60 دىن -70 mV div-1) بىلەن ئوخشاش رايوندا بولۇپ ، بۇ ماتېرىياللارنىڭ ORR يولىنىڭ ئوخشاش ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.Co ۋە Mn نىڭ يەككە مېتال ئوكسىدلىرى Tafel يانتۇلۇقنىڭ -110 دىن -120 mV غىچە بولغان ئارىلىقنى دوكلات قىلىدۇ ، بۇ dE / d log i = -2.3 2RT / F ، بۇ يەردە سۈرئەت بەلگىلەش قەدىمى تۇنجى ئېلېكترون.يۆتكەش باسقۇچى 35 ، 36. ئارىلاشما مېتال ئوكسىد NiCo2O4 ۋە MnCo2O4 ئۈچۈن خاتىرىلەنگەن سەل ئېگىز يانتۇلۇق قىممىتى تەخمىنەن -170 mV dec-1 ، ئوكسىد يۈزىدە OH- ۋە H2O ئىئونلىرىنىڭ بارلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ ، بۇ ئوكسىگېننىڭ سۈمۈرۈلۈشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ ۋە ئېلېكترون يۆتكەش ، بۇ ئارقىلىق ئوكسىگېنغا تەسىر كۆرسىتىدۇ.ئازايتىش يولى 35.
Kutetsky-Levich (KL) تەڭلىمىسى تۈركۈملەپ يۆتكىمەي تۇرۇپ ھەر خىل كاتالىزاتور ئەۋرىشكىلىرىنىڭ ھەرىكەت ئىنكاسى پارامېتىرلىرىنى ئېنىقلاشقا ئىشلىتىلگەن.تەڭلىمىسىدە.(4) ئۆلچەنگەن ئومۇمىي زىچلىق j ئېلېكترون يۆتكەش ۋە ئاممىۋى يۆتكىلىشنىڭ نۆۋەتتىكى زىچلىقىنىڭ يىغىندىسى.
تەڭلىمىدىن.(5) چەكلەنگەن نۆۋەتتىكى زىچلىق jL ئايلىنىش سۈرئىتىنىڭ چاسا يىلتىزىغا ماس كېلىدۇ.شۇڭلاشقا ، KL تەڭلىمىسى..
بۇ يەردە ν ئېلېكترولىت 1 M NaOH (1.1 × 10-22 cm2 s - 1) 37 نىڭ قاندىكى يېپىشقاقلىقى ، D بولسا O2 نىڭ 1 M NaOH (1.89 × 10-5 cm2 s - 1) 38 ، ω rpm بولسا ئايلىنىش سۈرئىتى ، C بولسا كۆپ مىقداردىكى ئېرىتمىسىدىكى ئوكسىگېن قويۇقلۇقى (8.4 × 10-7 مىللىمېتىر cm 3) 38.
RDE ئارقىلىق 100 ، 400 ، 900 ، 1600 ۋە 2500 rpm دە تۈز سۈپۈرۈلگەن ۋولتامگراممىلارنى توپلاڭ.قىممەت كەڭ كۆلەمدە يۆتكىلىش رايونىدىكى -0.4 V دىن KL دىئاگراممىسىنى پىلانلىدى ، يەنى كاتالىزاتور ئۈچۈن -j-1 بىلەن ω-1 // 2 (رەسىم S3a).تەڭلىمىنى ئىشلىتىڭ.(6) ۋە (7) تەڭلىمىسىدە ، كاتالىزاتورنىڭ ئىقتىدار كۆرسەتكۈچلىرى ، مەسىلەن يۆتكىلىشچان jk نىڭ تەسىرىنى ئويلاشماي ھەرىكەتنىڭ نۆۋەتتىكى زىچلىقى y ئوق بىلەن كېسىشىش نۇقتىسى ۋە سانى بىلەن بەلگىلىنىدۇ. ئېلېكترون يۆتكەش ئەگرى سىزىقنىڭ تەدرىجىي K تەرىپىدىن بەلگىلىنىدۇ.ئۇلار 2-جەدۋەلدە كۆرسىتىلدى.
5 wt% Pt / C ۋە XC-72R مۇتلەق jk قىممىتى ئەڭ تۆۋەن بولۇپ ، بۇ ماتېرىياللارنىڭ ھەرىكەت سۈرئىتىنى تېزلىتىدۇ.قانداقلا بولمىسۇن ، XC-72R ئەگرى سىزىقىنىڭ يانتۇلۇق نىسبىتى% 5 wt Pt / C نىڭ ئىككى ھەسسىسىگە تەڭ كېلىدۇ ، بۇ K ئوكسىگېننى ئازايتىش رېئاكسىيەسى جەريانىدا يۆتكىلىدىغان ئېلېكترون سانىنىڭ ئىپادىسى.نەزەرىيە جەھەتتىن ئېيتقاندا ،% 5 wt% Pt / C لىك KL پىلانى چەكلىك تۈركۈمدىكى يۆتكىلىش شارائىتىدا 39 مەنبەدىن ئۆتۈشى كېرەك ، ئەمما بۇ S3a رەسىمدە كۆرۈلمەيدۇ ، بۇ نەتىجىگە تەسىر قىلىدىغان ھەرىكەت ياكى تارقىلىش چەكلىمىسىنىڭ بارلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.بۇ بەلكىم گارسانى قاتارلىقلار.40 Pt / C كاتالىزاتورلۇق فىلىملەرنىڭ توپولوگىيەسى ۋە مورفولوگىيىسىدىكى كىچىك ماس كەلمەسلىكنىڭ ORR پائالىيەت قىممىتىنىڭ توغرىلىقىغا تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقىنى كۆرسەتتى.قانداقلا بولمىسۇن ، بارلىق كاتالىزاتور فىلىملىرى ئوخشاش ئۇسۇلدا تەييارلانغان بولغاچقا ، بارلىق ئەۋرىشكە ئۈچۈن نەتىجىگە بولغان تەسىرى ئوخشاش بولۇشى كېرەك.≈ -0.13 mA-1 cm2 نىڭ گرافېن KL كېسىشمە نۇقتىسى XC-72R بىلەن سېلىشتۇرۇشقا بولىدۇ ، ئەمما N كۆپەيتىلگەن گرافېن KL گرافىكىنىڭ -0.20 mA-1 cm2 كېسىشمە نۇقتىسى نۆۋەتتىكى زىچلىقنىڭ تېخىمۇ چوڭ ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. كاتالىزاتور ئايلاندۇرغۇچتىكى توك بېسىمى.بۇ بەلكىم گرافېننىڭ ئازوت دوپپىسىنىڭ ئومۇمىي توك ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى تۆۋەنلىتىدىغانلىقى ، ئېلېكترون يۆتكىلىش ھەرىكىتىنىڭ ئاستا بولۇشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىشى مۇمكىن.بۇنىڭغا سېلىشتۇرغاندا ، ئازوت كۆپەيتىلگەن گرافېننىڭ مۇتلەق K قىممىتى گرافېننىڭكىدىن كىچىك بولىدۇ ، چۈنكى ئازوتنىڭ بولۇشى ORR41,42 ئۈچۈن تېخىمۇ ئاكتىپ تور بېكەت قۇرۇشقا ياردەم بېرىدۇ.
مانگاننى ئاساس قىلغان ئوكسىدلارغا نىسبەتەن ، ئەڭ چوڭ مۇتلەق قىممەتنىڭ كېسىشىش نۇقتىسى كۆزىتىلىدۇ - 0.57 mA-1 cm2.قانداقلا بولمىسۇن ، MnOx نىڭ مۇتلەق K قىممىتى MnO2 نىڭكىدىن كۆپ تۆۋەن بولۇپ ،% 5 wt كە يېقىنلىشىدۇ.% Pt / C.ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىش نومۇرى تەخمىنەن بېكىتىلدى.MnOx بولسا 4 ، MnO2 بولسا 2 گە يېقىن. ، ORR يولى مانگان ئوكسىدنى ئاساس قىلغان ئوخشىمىغان كۆپ خىل شەكىلدىكى كاتالىزاتور شەكلىدە ئوخشىمايدۇ ، گەرچە خىمىيىلىك باسقۇچلارنىڭ نىسبىتى تەخمىنەن ئوخشاش بولسىمۇ.بولۇپمۇ MnOx ۋە MnCo2O4 كاتالىزاتورلىرىنىڭ ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىش سانى 4 دىن سەل يۇقىرى بولىدۇ ، چۈنكى بۇ كاتالىزاتوردا بار مانگان ئوكسىدىنىڭ ئازىيىشى ئوكسىگېننىڭ تۆۋەنلىشى بىلەن بىرلا ۋاقىتتا يۈز بېرىدۇ.ئالدىنقى بىر ئەسەردە ، مانگان ئوكسىدنىڭ ئېلېكتىرو خىمىيىلىك تۆۋەنلىشىنىڭ ئازوت 28 بىلەن تويۇنغان ئېرىتمىسىدە ئوكسىگېننىڭ ئازىيىشى بىلەن ئوخشاش يوشۇرۇن دائىرىدە بولىدىغانلىقىنى بايقىدۇق.يان ئىنكاسلارنىڭ تۆھپىسى ھېسابلانغان ئېلېكترونلارنىڭ سانى 4 دىن سەل ئېشىپ كېتىدۇ.
Co3O4 نىڭ كېسىشىش ئېغىزى ≈ .4 0.48 mA-1 cm2 بولۇپ ، بۇ ئىككى خىل مانگان ئوكسىدىغا سېلىشتۇرغاندا سەلبىي ئەمەس ، ئېنىقكى ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىش نومۇرى K نىڭ قىممىتى بىلەن تەڭ بولىدۇ. NiCo2O4 دىكى Ni نى MnCo2O4 دىكى Mn غا ئالماشتۇرۇش Co ئارقىلىق مۇتلەق قىممەت K نىڭ تۆۋەنلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ ، بۇ ئارىلاشما مېتال ئوكسىدتىكى ئېلېكترون يۆتكىلىش ھەرىكىتىنىڭ ياخشىلانغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ.
ORR كاتالىزاتور سىياھقا كاربون سۇبيېكتلىرى قوشۇلۇپ ، ئېلېكترنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ئاشۇرۇپ ، گاز تارقىتىش ئېلېكترودىدا مۇۋاپىق ئۈچ باسقۇچلۇق چېگرا ھاسىل قىلىشقا قۇلايلىق يارىتىدۇ.Vulcan-XC-72R باھاسى تۆۋەن ، يەر يۈزى 250 m2 · g-1 ، قارشىلىق كۈچى 0.08 دىن 1 Ω · cm44.45 بولغانلىقتىن تاللانغان.كاتالىزاتور ئەۋرىشكىسىنىڭ LSV پىلانى 400 rpm دە Vulcan XC-72R ئارىلاشتۇرۇلغان.Vulcan XC-72R نى قوشۇشنىڭ ئەڭ روشەن ئۈنۈمى ئاخىرقى توكنىڭ زىچلىقىنى ئاشۇرۇش.شۇنىڭغا دىققەت قىلىڭكى ، بۇ مېتال ئوكسىدلارغا تېخىمۇ كۆرۈنەرلىك بولۇپ ، يەككە مېتال ئوكسىدقا 0.60 mA cm-2 ، ئارىلاشما مېتال ئوكسىد ئۈچۈن 0.40 mA cm-2 ، گرافېن ۋە دوپپا گرافېنغا 0.28 mA cm-2 قوشۇلغان.N. 0.05 mA cm-2 نى قوشۇڭ.−2.Vulcan XC-72R نىڭ كاتالىزاتور سىياھقا قوشۇلۇشىمۇ باشلىنىش يوشۇرۇن كۈچى ۋە گرافېندىن باشقا بارلىق كاتالىزاتورلارنىڭ E1 / 2 يېرىم دولقۇن يوشۇرۇن كۈچىنىڭ ئاكتىپ ئۆزگىرىشىنى كەلتۈرۈپ چىقاردى.بۇ ئۆزگىرىش بەلكىم ئېلېكتر خىمىيىلىك يەر يۈزىنىڭ ئىشلىتىلىشىنىڭ كۆپىيىشى ۋە قوللايدىغان Vulcan XC-72R كاتالىزاتورىدىكى كاتالىزاتور زەررىچىلىرى ئوتتۇرىسىدىكى ئالاقىنى ياخشىلاشنىڭ نەتىجىسى بولۇشى مۇمكىن.
بۇ كاتالىزاتورلۇق ئارىلاشمىلارنىڭ ماس كېلىدىغان Tafel پىلانلىرى ۋە ھەرىكەت پارامېتىرلىرى ئايرىم-ئايرىم ھالدا S2b ۋە 3-جەدۋەلدە كۆرسىتىلدى.Tafel يانتۇلۇق قىممىتى MnOx ۋە XC-72R بار ۋە گرافېن ماتېرىياللىرى بىلەن ئوخشاش بولۇپ ، ئۇلارنىڭ ORR يولىنىڭ تەسىرگە ئۇچرىمىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.قانداقلا بولمىسۇن ، كوبالتنى ئاساس قىلغان ئوكسىد Co3O4 ، NiCo2O4 ۋە MnCo2O4 بولسا XC-72R بىلەن ORC يولىنىڭ ئۆزگىرىشىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.S3b رەسىمدە Vulcan XC-72R بىرلەشتۈرۈلگەن كاتالىزاتور ئەۋرىشكىسى ئۈچۈن KL پىلانى كۆرسىتىلدى.ئادەتتە ، XC-72R ئارىلاشتۇرۇلغان بارلىق كاتالىزاتورلاردا jk نىڭ مۇتلەق قىممىتىنىڭ تۆۋەنلىشى كۆرۈلگەن.MnOx jk نىڭ مۇتلەق قىممىتىنىڭ ئەڭ چوڭ تۆۋەنلىگەنلىكىنى 55 mA-1 cm2 ، NiCo2O4 نىڭ 32 mA-1 cm-2 تۆۋەنلىگەنلىكىنى ، گرافېننىڭ ئەڭ كىچىك تۆۋەنلەشنىڭ 5 mA-1 cm2 تۆۋەنلىگەنلىكىنى كۆرسەتتى.خۇلاسە چىقىرىشقا بولىدۇكى ، Vulcan XC-72R نىڭ كاتالىزاتورنىڭ ئىقتىدارىغا كۆرسىتىدىغان تەسىرى كاتالىزاتورنىڭ OVR جەھەتتىكى دەسلەپكى پائالىيىتى بىلەن چەكلىنىدۇ.
Vulcan XC-72R NiCo2O4 ، MnCo2O4 ، گرافېن ۋە ئازوت كۆپەيتىلگەن گرافېننىڭ K قىممىتىگە تەسىر كۆرسەتمەيدۇ.قانداقلا بولمىسۇن ، Vulcan XC-72R نىڭ قوشۇلۇشى بىلەن Co3O4 نىڭ K قىممىتى كۆرۈنەرلىك تۆۋەنلىدى ، بۇ ORR يۆتكىگەن ئېلېكترون سانىنىڭ كۆپەيگەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.Co3O4 نىڭ كاربون زاپچاسلىرى بىلەن ھەمكارلىشىشى رېفېراندۇمدا دوكلات قىلىنغان.48 ، 49. كاربون تايانچ بولمىغان ئەھۋال ئاستىدا ، Co3O4 HO2- O2 ۋە OH-50.51 نىڭ تەڭپۇڭسىزلىقىنى ئىلگىرى سۈرىدۇ دەپ قارىلىدۇ ، بۇ 2-جەدۋەلدىكى Co3O4′s ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىش نومۇرى بىلەن 2 گە ماس كېلىدۇ. Co3O4 نىڭ كاربون سۇ ئاستى قىسمىغا فىزىكىلىق سۈمۈرۈلۈشى 2 + 2 تۆت ئېلېكترونلۇق ORR يولىنى ھاسىل قىلىشىدىن ئۈمىد بار ، ئۇ ئالدى بىلەن Co3O4 كاتالىزاتورى ۋە Vulcan XC-72R (1-تەڭلىمە) ، ئاندىن HO2 - تېز سۈرئەتتە ماسلاشمىغان O2 دىن HO2 غىچە توك ھاسىل قىلىدۇ. مېتال ئوكسىد يۈزى O2 غا ئايلىنىدۇ ، ئۇنىڭدىن كېيىن ئېلېكتر ئېنېرگىيىسى.
بۇنىڭغا سېلىشتۇرغاندا ، K MnOx نىڭ مۇتلەق قىممىتى Vulcan XC-72R نىڭ قوشۇلۇشى بىلەن ئاشتى ، بۇ ئېلېكترونلۇق يۆتكىلىش سانىنىڭ 4.6 دىن 3.3 كە تۆۋەنلىگەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ (3-جەدۋەل).بۇ ئىككى باسقۇچلۇق ئېلېكترونلۇق يول ئۈچۈن كاربون كاتالىزاتور بىرىكمىسىدە ئىككى بېكەتنىڭ بولغانلىقىدىندۇر.O2 نىڭ HO2 غا دەسلەپكى قەدەمدە تۆۋەنلىشى كاربون تىرەكتە تېخىمۇ ئاسان يۈز بېرىدۇ ، نەتىجىدە ORR53 نىڭ ئىككى ئېلېكترونلۇق يولىغا بولغان مايىللىقى سەل ئاشتى.
كاتالىزاتورنىڭ مۇقىملىقى GDE يېرىم ھۈجەيرىسىدە نۆۋەتتىكى زىچلىق دائىرىسىدە باھالاندى.ئەنجۈر ئۈستىدە.5 دە GDE MnOx ، MnCo2O4 ، NiCo2O4 ، گرافېن ۋە ئازوت كۆپەيتىلگەن گرافېننىڭ يوشۇرۇن ۋاقىتلىرى كۆرسىتىلدى.MnOx تۆۋەن ۋە يۇقىرى توك زىچلىقىدا ئومۇمىي مۇقىملىق ۋە ORR ئىقتىدارىنى ياخشى كۆرسىتىپ بېرىدۇ ، بۇ تېخىمۇ ئەلالاشتۇرۇشقا ماس كېلىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
HDE ئەۋرىشكىسىنىڭ Chronopotentiometry ھازىرقى 10 دىن 100 mA / cm2 غىچە 1 M NaOH ، 333 K ، O2 ئېقىش نىسبىتى 200 cm3 / min.
MnCo2O4 يەنە نۆۋەتتىكى زىچلىق دائىرىسىدە ياخشى ORR مۇقىملىقىنى ساقلىغاندەك قىلىدۇ ، ئەمما يۇقىرى زىچلىقتا 50 ۋە 100 mA cm-2 چوڭ توك بېسىمى كۆرۈلىدۇ ، بۇ MnCo2O4 نىڭ MnOx غا ئوخشاش ياخشى قىلالمايدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.Graphene GDE سىناق قىلىنغان نۆۋەتتىكى زىچلىق دائىرىسىدىكى ئەڭ تۆۋەن ORR ئىقتىدارىنى نامايەن قىلىپ ، 100 mA cm-2 لىك ئىقتىدارنىڭ تېز تۆۋەنلىگەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.شۇڭلاشقا ، تاللانغان تەجرىبە شارائىتىدا ، MnOx GDE Zn- ھاۋا ئىككىلەمچى سىستېمىسىدا داۋاملىق سىناق قىلىش ئۈچۈن تاللاندى.