דאנק איר פֿאַר באזוכן Nature.com.איר נוצן אַ בלעטערער ווערסיע מיט לימיטעד CSS שטיצן.פֿאַר דער בעסטער דערפאַרונג, מיר רעקאָמענדירן אַז איר נוצן אַ דערהייַנטיקט בלעטערער (אָדער דיסייבאַל קאַמפּאַטאַבילאַטי מאָדע אין Internet Explorer).אין אַדישאַן, צו ענשור פארבליבן שטיצן, מיר ווייַזן דעם פּלאַץ אָן סטיילז און דזשאַוואַסקריפּט.
סלידערס וואָס ווייַזן דריי אַרטיקלען פּער רוק.ניצן די צוריק און ווייַטער קנעפּלעך צו מאַך דורך די סליידז, אָדער די רוק קאָנטראָללער קנעפּלעך אין די סוף צו מאַך דורך יעדער רוק.
עפעקטיוו, ביליק און דוראַבאַל זויערשטאָף רעדוקציע (ORR) עלעקטראָקאַטאַליסץ זענען פון גרויס וויכטיקייט פֿאַר צווייטיק זן-לופט באַטעריז.די ORR טעטיקייט פון איין און געמישט מעטאַל אַקסיידז און טשאַד עלעקטראָקאַטאַליסץ איז ינוועסטאַגייטאַד מיט ראָוטייטינג דיסק ילעקטראָוד (RDE) מעזשערמאַנץ, טאַפעל סלאָפּעס און קוטעצקי-לעוויטש פּלאַץ.עס איז געפונען אַז די קאָמבינאַציע פון ​​​​MnOx און XC-72R יגזיבאַץ הויך PBP טעטיקייט און גוט פעסטקייַט, אַרויף צו 100 מאַ סענטימעטער-2.די פאָרשטעלונג פון די אויסגעקליבן ORR ילעקטראָודז און די פריער אָפּטימיזעד זויערשטאָף עוואָלוציע רעאַקציע (OER) ילעקטראָוד זענען דעמאָלט טעסטעד אין אַ מנהג-געבויט צווייטיק צינק-לופט באַטאַרייע אין אַ דריי-ילעקטראָוד קאַנפיגיעריישאַן, און קראַנט געדיכטקייַט, עלעקטראָליטע מאָלאַראַטי, טעמפּעראַטור, זויערשטאָף ריינקייַט זענען געווען אויך טעסטעד.קעראַקטעריסטיקס פון ORR און OERילעקטראָודז.צום סוף, די געווער פון די צווייטיק צינק-לופט סיסטעם איז געווען עוואַלואַטעד, דעמאַנסטרייטינג אַן ענערגיע עפעקטיווקייַט פון 58-61% ביי 20 מאַ סענטימעטער-2 אין 4 M NaOH + 0.3 M ZnO ביי 333 K פֿאַר 40 שעה.
מעטאַל-לופט באַטעריז מיט זויערשטאָף ילעקטראָודז זענען געהאלטן גאָר אַטראַקטיוו סיסטעמען ווייַל ילעקטראָואַקטיוו מאַטעריאַלס פֿאַר זויערשטאָף ילעקטראָודז קענען זיין לייכט באקומען פון די אַרומיק אַטמאָספער און טאָן ניט דאַרפן סטאָרידזש1.דעם סימפּלאַפייז די סיסטעם פּלאַן דורך אַלאַוינג די זויערשטאָף ילעקטראָוד צו האָבן אַנלימאַטאַד קאַפּאַציטעט, דערמיט ינקריסינג די ענערגיע געדיכטקייַט פון די סיסטעם.דעריבער, מעטאַל-לופט באַטעריז ניצן אַנאָוד מאַטעריאַלס אַזאַ ווי ליטהיום, אַלומינום, אייַזן, צינק און מאַגניזיאַם האָבן ימערדזשד רעכט צו זייער ויסגעצייכנט ספּעציפיש קאַפּאַציטעט.צווישן זיי, צינק לופט באַטעריז זענען גאַנץ טויגעוודיק צו טרעפן די מאַרק פאָדערונג פֿאַר פּרייַז, זיכערקייַט און ינווייראַנמענאַל פרייַנדלעכקייַט, ווייַל צינק האט פילע דיזייעראַבאַל קעראַקטעריסטיקס ווי אַ אַנאָוד מאַטעריאַל, אַזאַ ווי גוט פעסטקייַט אין ייקוויאַס עלעקטראָליטעס, הויך ענערגיע געדיכטקייַט און נידעריק יקוואַליבריאַם.פּאָטענציעל., עלעקטראָטשעמיקאַל ריווערסאַביליטי, גוט עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי, זעט און יז פון האַנדלינג 4,5.דערווייַל, כאָטש ערשטיק צינק לופט באַטעריז זענען געניצט אין געשעפט אַפּלאַקיישאַנז אַזאַ ווי געהער אַידס, באַן סיגנאַלז און נאַוויגאַציע לייץ, צווייטיק צינק לופט באַטעריז האָבן די פּאָטענציעל פֿאַר הויך ענערגיע געדיכטקייַט פאַרגלייַכלעך צו ליטהיום-באזירט באַטעריז.דאָס מאכט עס ווערטיק צו פאָרזעצן פאָרשונג אויף צינק לופט באַטעריז פֿאַר אַפּלאַקיישאַנז אין פּאָרטאַטיוו עלעקטראָניק, עלעקטריק וועהיקלעס, גריד-וואָג ענערגיע סטאָרידזש און צו שטיצן רינואַבאַל ענערגיע פּראָדוקציע6,7.
איינער פון די הויפּט אַבדזשעקטיווז איז צו פֿאַרבעסערן די עפעקטיווקייַט פון זויערשטאָף ריאַקשאַנז ביי די לופט ילעקטראָוד, ניימלי די זויערשטאָף רעדוקציע (ORR) און די זויערשטאָף עוואָלוציע אָפּרוף (OER), אין סדר צו העכערן די קאַמערשאַליזיישאַן פון צווייטיק זן-לופט באַטעריז.צו דעם סוף, עפעקטיוו עלעקטראָקאַטאַליסץ קענען זיין געניצט צו פאַרגרעסערן די אָפּרוף קורס און אַזוי פאַרגרעסערן עפעקטיווקייַט.דערווייַל, זויערשטאָף ילעקטראָודז מיט בייפונקטיאָנאַל קאַטאַליסץ זענען געזונט דיסקרייבד אין דער ליטעראַטור8,9,10.כאָטש בייפונקטיאָנאַל קאַטאַליסץ קענען פאַרפּאָשעטערן די סטרוקטור פון ילעקטראָודז און רעדוצירן מאַסע אַריבערפירן לאָססעס, וואָס קענען העלפֿן רעדוצירן פּראָדוקציע קאָס, אין פיר, קאַטאַליסץ וואָס זענען בעסטער פּאַסיק פֿאַר ORR זענען אָפט נישט פּאַסיק פֿאַר אָער, און וויצע ווערסאַ11.דער חילוק אין אַפּערייטינג פּאָטענציעל ז די קאַטאַליסט צו זיין יקספּאָוזד צו אַ ברייט קייט פון פּאָטענציעלז, וואָס קענען טוישן זייַן ייבערפלאַך סטרוקטור איבער צייַט.אין אַדישאַן, די ינטערעפּענדענסע פון ​​ינטערמידייט ביינדינג ענערגיעס מיטל אַז אַקטיוו זייטלעך אויף די קאַטאַליסט קענען זיין אַנדערש פֿאַר יעדער אָפּרוף, וואָס קענען קאָמפּליצירן אַפּטאַמאַזיישאַן.
אן אנדער הויפּט פּראָבלעם פֿאַר צווייטיק זן-לופט באַטעריז איז די פּלאַן פון זויערשטאָףילעקטראָוד, דער הויפּט ווייַל די מאָנאָפונקטיאָנאַל קאַטאַליסץ פֿאַר ORR און OER אַרבעטן אין פאַרשידענע אָפּרוף מידיאַ.די ORR גאַז דיפיוזשאַן שיכטע מוזן זיין כיידראָופאָביק צו לאָזן זויערשטאָף גאַז אַרייַן די קאַטאַליטיק זייטלעך, בשעת פֿאַר OER די ילעקטראָוד ייבערפלאַך מוזן זיין כיידראָופיליק צו פאַסילאַטייט די באַזייַטיקונג פון זויערשטאָף באַבאַלז.אויף פ.1 ווייַזן דריי טיפּיש צווייטיק זויערשטאָף ילעקטראָוד דיזיינז גענומען פֿון אַ רעצענזיע פון ​​Jorissen12, ניימלי (איך) בייפונקטיאָנאַל מאָנאָלייַער קאַטאַליסץ, (ii) טאָפּל אָדער מולטילייַער קאַטאַליסץ, און (iii) דרייַיק ילעקטראָוד קאַנפיגיעריישאַנז.
פֿאַר דער ערשטער ילעקטראָוד פּלאַן, וואָס ינקלודז בלויז אַ איין-שיכטע בייפונקטיאָנאַל קאַטאַליסט וואָס סיימאַלטייניאַסלי קאַטאַליזיז ORR און OER, אויב אַ מעמבראַנע איז אַרייַנגערעכנט אין דעם פּלאַן, אַ מעמבראַנע-ילעקטראָוד פֿאַרזאַמלונג (MEA) איז געשאפן ווי געוויזן.די צווייטע טיפּ ינקלודז צוויי (אָדער מער) קאַטאַליסט בעדז מיט פאַרשידענע פּאָראָסיטי און כיידראָופאָוביקייט צו רעכענען דיפעראַנסיז אין אָפּרוף זאָנעס13,14,15.אין עטלעכע פאלן, די צוויי קאַטאַליטיק בעדז זענען אפגעשיידט, מיט די כיידראָופיליק זייַט פון די אָער פייסינג די עלעקטראָליטע און די האַלב-הידראָפאָביק זייַט פון די אָרר פייסינג די עפענען ענדס פון די ילעקטראָודז 16, 17, 18. אַ צעל קאַנסיסטינג פון צוויי רעאַקציע- ספּעציפיש זויערשטאָף ילעקטראָודז און אַ צינק ילעקטראָוד 19,20.טיש S1 ליסטעד די אַדוואַנטידזשיז און דיסאַדוואַנטידזשיז פון יעדער פּלאַן.
די ימפּלאַמענטיישאַן פון אַן ילעקטראָוד פּלאַן וואָס סעפּערייץ די ORR און OER ריאַקשאַנז האט פריער געוויזן ימפּרוווד סייקלינג פעסטקייַט19.דאָס איז ספּעציעל אמת פֿאַר די דריי ילעקטראָוד קאַנפיגיעריישאַן, ווו דערנידעריקונג פון אַנסטייבאַל קאַטאַליסץ און קאָ-אַדאַטיווז איז מינאַמייזד און אַוטגאַססינג איז מער קאַנטראָולאַבאַל איבער די גאנצע פּאָטענציעל קייט.פֿאַר די סיבות, מיר געוויינט אַ דריי-עלעקטראָדע זן-לופט קאַנפיגיעריישאַן אין דעם אַרבעט.
אין דעם אַרטיקל, מיר ערשטער אויסקלייַבן הויך פאָרשטעלונג ORR קאַטאַליסץ דורך קאַמפּערינג פאַרשידן יבערגאַנג מעטאַל אַקסיידז, קאַרבאָוכייאָוס מאַטעריאַלס און רעפֿערענץ קאַטאַליסץ מיט ראָוטייטינג דיסק ילעקטראָוד (RDE) יקספּעראַמאַנץ.יבערגאַנג מעטאַל אַקסיידז טענד צו זיין גוט עלעקטראָקאַטאַליסץ רעכט צו זייער וועריינג אַקסאַדיישאַן שטאַטן;ריאַקשאַנז זענען מער לייכט קאַטאַלייזד אין דעם בייַזייַן פון די קאַמפּאַונדז21.פֿאַר בייַשפּיל, מאַנגאַנעס אַקסיידז, קאָבאַלט אַקסיידז און קאָבאַלט-באזירט געמישט אַקסיידז (אַזאַ ווי NiCo2O4 און MnCo2O4)22,23,24 ווייַזן גוט אָרר אין אַלקאַליין טנאָים רעכט צו זייער האַלב-אָנגעפילט ד-אָרביטאַלס, עלעקטראָן ענערגיע לעוועלס וואָס לאָזן עלעקטראָן. אַרבעט און ימפּרוווד קאַטינג טרייסט.אין דערצו, זיי זענען מער שעפעדיק אין דער סביבה און האָבן פּאַסיק עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי, הויך ריאַקטיוואַטי און גוט פעסטקייַט.סימילאַרלי, קאַרבאָוכיידרייץ מאַטעריאַלס זענען וויידלי געניצט, מיט די אַדוואַנטידזשיז פון הויך עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי און גרויס ייבערפלאַך געגנט.אין עטלעכע פאלן, העטעראָאַטאָמס אַזאַ ווי ניטראָגען, באָראָן, פאַספעראַס און שוועבל זענען ינטראָודוסט אין טשאַד צו מאָדיפיצירן זייַן סטרוקטור, ווייַטער ימפּרוווינג די ORR קעראַקטעריסטיקס פון די מאַטעריאַלס.
באַזירט אויף די יקספּערמענאַל רעזולטאַטן, מיר ינקלודעד די אויסגעקליבן OVR קאַטאַליסץ אין גאַז דיפיוזשאַן ילעקטראָודז (GDE) און טעסטעד זיי אין פאַרשידן קראַנט דענסאַטיז.די מערסט עפעקטיוו ORR GDE קאַטאַליסט איז געווען פארזאמלט אין אונדזער מנהג דריי-ילעקטראָוד צווייטיק זן-לופט באַטאַרייע צוזאמען מיט אָפּרוף-ספּעציפיש אָער ילעקטראָודז אָפּטימיזעד אין אונדזער פריערדיקן אַרבעט26,27.די פּאָטענציעל פון יחיד זויערשטאָף ילעקטראָודז זענען מאָניטאָרעד בעשאַס קעסיידערדיק אָפּזאָגן און אָפּצאָל סייקלינג יקספּעראַמאַנץ צו לערנען די ווירקונג פון אַפּערייטינג טנאָים אַזאַ ווי קראַנט געדיכטקייַט, עלעקטראָליטע מאָלאַראַטי, צעל אַפּערייטינג טעמפּעראַטור און זויערשטאָף ריינקייַט.צום סוף, די פעסטקייַט פון זן-לופט צווייטיק באַטעריז איז עוואַלואַטעד אונטער קעסיידערדיק סייקלינג אונטער אָפּטימום אַפּערייטינג באדינגונגען.
MnOx28 איז געווען צוגעגרייט דורך די כעמישער רעדאָקס אופֿן: 50 מל פון 0.04 M KMnO4 לייזונג (Fisher Scientific, 99%) איז צוגעגעבן צו 100 מל פון 0.03 Mn (CH3COO)2 (Fisher Scientific, 98%) צו פאָרעם אַ ברוין אָפּזאַץ.דער געמיש איז אַדזשאַסטיד צו ף 12 מיט צעפירן סאָדיום כיידראַקסייד, דעמאָלט סענטריפוגעד 3-5 מאל ביי 2500 רפּם צו זאַמלען די אָפּזאַץ.דער אָפּזאַץ איז דעמאָלט געוואשן מיט דייאַנייזד וואַסער ביז די לילאַ קאָליר פון די פּערמאַנגאַנאַטע יאָן פאַרשווונדן.צום סוף, די דיפּאַזאַץ זענען לופט דאַר ביי 333 ק יבערנאַכטיק און דעמאָלט פּאַלווערייזד.
ספּינעל אַקסיידז Co3O4, NiCo2O4 און MnCo2O4 זענען סינטאַסייזד דורך טערמאַל דיקאַמפּאָוזישאַן.ניקאָ2אָ4 און מנקאָ2אָ4 זענען צוגעגרייט דורך אַדינג 0.5 ם (14.5 ג) ניקאַל (וו) נייטרייט העקסאַהידראַטע, ני(נאָ3) 2⋅6ה2אָ (פישער ססיענטיפיק, 99.9%) אָדער 0.5 ם (12.6 ג) טעטראַהידראַטע מאַנגאַנעסע (II) נייטרייט ).2 4 ה 2 אָ (סיגמאַ אַלדריטש, ≥ 97%) און 1 ב (29.1 ג) קאָבאַלט (וו) נייטרייט העקסאַהידראַטע, קאָ (נאָ 3) 2 6 ה 2 אָ (פישער ססיענטיפיק, 98+%, ACS רייידזשאַנץ) אין מעטאַנאָל (פישער ססיענטיפיק, 99.9% ) אין 100 מל דיילושאַן ווייאַלז.מעטאַנאָל איז מוסיף אין קליין פּאָרשאַנז צו די יבערגאַנג מעטאַל נייטרייט מיט קעסיידערדיק סטערינג ביז אַ כאָומאַדזשיניאַס לייזונג איז באקומען.דער לייזונג איז דעמאָלט טראַנספערד צו אַ קרוסיבלע און העאַטעד אויף אַ הייס טעלער, געלאזן אַ טונקל רויט האַרט.די האַרט איז קאַלסיינד בייַ 648 ק פֿאַר 20 שעה אין לופט.די ריזאַלטינג האַרט איז דעמאָלט ערד צו אַ פייַן פּודער.ניט ני (נאָ3) 2 6 ה 2 אָ אָדער מנ (נאָ 3) 2 4 ה 2 אָ איז צוגעגעבן בעשאַס די סינטעז פון קאָ 3 אָ 4.
גראַפענע נאַנאָשיץ מיט אַ ייבערפלאַך שטח פון 300 מ 2 / ג (סיגמאַ אַלדריטש), גראַפענע דאָפּט מיט ניטראָגען (סיגמאַ אַלדריטש), טשאַד שוואַרץ פּודער (וולקאַן קסק-72ר, קאַבאָט קאָרפּ., 100%), מנאָ 2 (סיגמאַ אַלדריטש) און 5 וו.% פּט / C (אַקראָס אָרגאַניקס) איז געניצט ווי איז.
RDE (Pine Research Instrumentation) מעזשערמאַנץ זענען געניצט צו אָפּשאַצן די טעטיקייט פון פאַרשידן ORR קאַטאַליסץ אין 1 M NaOH.א קאַטאַליטיק טינט קאַנסיסטינג פון 1 מג קאַטאַליסט + 1 מל דעיאָניזעד (די) ה2אָ + 0.5 מל יסאָפּראָפּאַנאָל (יפּאַ) + 5 μל 5 ווט% נאַפיאָן 117 (סיגמאַ-אַלדריך) איז געניצט ווי איז.ווען Vulcan XC-72R איז צוגעגעבן, די קאַטאַליטיק פאַרב איז געווען 0.5 מג קאַטאַליסט + 0.5 מג Vulcan XC-72R + 1 מל DI HO + 0.5 מל IPA + 5 μl 5 ווט% Nafion 117 צו ענשור קאָנסיסטענט מאַטעריאַל לאָודינג.דער געמיש איז געווען סאָניקאַטעד פֿאַר 20 מינוט און כאָומאַדזשאַנייזד מיט אַ Cole-Parmer LabGen 7 סעריע האָמאָגעניזער ביי 28,000 רפּם פֿאַר 4 מינוט.די טינט איז דערנאָך געווענדט אין דריי אַליקוואַץ פון 8 μל צו די ייבערפלאַך פון אַ גלאַסי טשאַד ילעקטראָוד (פּיין ינסטרומענט פֿירמע) מיט אַ דיאַמעטער פון 4 מם (ארבעטן שטח ≈ 0.126 סענטימעטער 2) און דאַר צווישן לייַערס צו צושטעלן אַ מאַסע פון ​​≈120 μג סענטימעטער -2.צווישן אַפּלאַקיישאַנז, די גלאַסי טשאַד ילעקטראָוד ייבערפלאַך איז סאַקסעסיוולי נאַס פּאַלישט מיט מיקראָקלאָטה (בוהלער) און 1.0 מם און 0.5 מם אַלומינאַ פּודער (מיקראָפּאָליש, בוהלער) נאכגעגאנגען דורך סאָניקאַטיאָן אין דייאָניזעד ה 2 אָ.
ORR גאַז דיפיוזשאַן ילעקטראָוד סאַמפּאַלז זענען צוגעגרייט לויט אונדזער פריער דיסקרייבד פּראָטאָקאָל28.ערשטער, די קאַטאַליסט פּודער און ווולקאַן קסק-72ר זענען געמישט אין אַ 1: 1 וואָג פאַרהעלטעניש.דערנאָך אַ געמיש פון אַ לייזונג פון פּאָליטעטראַפלואָראָעטהילענע (פּטפע) (60 וו.% אין ה 2 אָ) און אַ סאַלוואַנט מיט אַ פאַרהעלטעניש פון יפּאַ / ה 2 אָ פון 1: 1 איז צוגעגעבן צו די טרוקן פּודער געמיש.סאָניקאַטע די קאַטאַליטיק פאַרב פֿאַר וועגן 20 מינוט און כאָומאַדזשאַנייז פֿאַר וועגן 4 מינוט בייַ 28,000 רפּם.די טינט איז דעמאָלט טינלי געווענדט מיט אַ ספּאַטשולאַ אויף פאַר-שנייַדן טשאַד פּאַפּיר 13 מם אין דיאַמעטער (אַווקאַרב גדס 1120) און דאַר ביז אַ קאַטאַליסט אינהאַלט פון 2 מג קמ2 איז ריטשט.
אָער ילעקטראָודז זענען פאַבריקייטיד דורך קאַטהאָדיק ילעקטראָודאַפּאַזישאַן פון Ni-Fe כיידראַקסייד קאַטאַליסץ אויף אַ 15 מם X 15 מם ומבאַפלעקט שטאָלמעש(DeXmet Corp, 4SS 5-050) ווי געמאלדן 26,27.עלעקטראָדעפּאָסיטיאָן איז דורכגעקאָכט אין אַ נאָרמאַל דריי-ילעקטראָוד האַלב-צעל (אַ פּאָלימער-קאָוטאַד גלאז צעל פון בעערעך 20 סענטימעטער 3) מיט אַ פּט גריד ווי אַ טאָמבאַנק ילעקטראָוד און הג / הגאָ אין 1 ם נאַאָה ווי אַ רעפֿערענץ ילעקטראָוד.לאָזן די קאַטאַליסט קאָוטאַד ומבאַפלעקט שטאָל ייגל צו לופט טרוקן איידער קאַטינג אַ שטח פון בעערעך 0.8 סענטימעטער 2 מיט אַ 10 מם דיק טשאַד שטאָל זעץ.
פֿאַר פאַרגלייַך, געשעפט ORR און OER ילעקטראָודז זענען געניצט ווי באקומען און טעסטעד אונטער די זעלבע טנאָים.די געשעפט ORR ילעקטראָוד (QSI Nano Gas Diffusion Electrode, Quantum Sphere, 0.35 mm דיק) באשטייט פון מאַנגאַנעס און טשאַד אַקסייד קאָוטאַד מיט אַ ניקאַל מעש קראַנט קאַלעקטער, בשעת די געשעפט אָער ילעקטראָוד (טיפּ 1.7, ספּעציעל מאַגנעטאָ אַנאָוד, בוו) האט אַ גרעב פון 1.3 mm.אַרויף צו 1.6 מם יקספּאַנדיד טיטאַניום ייגל קאָוטאַד מיט רו-יר געמישט מעטאַל אַקסייד.
די ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגי און זאַץ פון די קאַטאַליסץ זענען קעראַקטערייזד מיט אַ FEI Quanta 650 FEG סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּ (SEM) אַפּערייטינג אונטער הויך וואַקוום און אַ אַקסעלערייטינג וואָולטידזש פון 5 קוו.פּודער X-Ray דיפפראַקשאַן (XRD) דאַטן זענען געזאמלט אויף אַ Bruker D8 Advance X-Ray דיפפראַקטאָמעטער מיט אַ קופּער רער מקור (λ = 1.5418 Å) און אַנאַלייזד מיט Bruker Diffraction Suite EVA ווייכווארג.
אַלע עלעקטראָטשעמיקאַל מעזשערמאַנץ זענען דורכגעקאָכט מיט אַ Biologic SP-150 פּאָטענטיאָסטאַט און EC-lab ווייכווארג.סאַמפּאַלז פון RDE און GDE זענען טעסטעד אויף אַ נאָרמאַל דריי-ילעקטראָוד סעטאַפּ קאַנסיסטינג פון אַ 200 cm3 דזשאַקיטיד גלאז צעל און אַ לאַגגין קאַפּאַלערי ווי אַ רעפֿערענץ ילעקטראָוד.פּט מעש און הג / הגאָ אין 1 ם נאַאָה זענען ריספּעקטיוולי געניצט ווי טאָמבאַנק און רעפֿערענץ ילעקטראָודז.
פֿאַר RDE מעזשערמאַנץ אין יעדער עקספּערימענט, פריש 1 M NaOH עלעקטראָליטע איז געניצט, די טעמפּעראַטור פון וואָס איז געווען קעסיידערדיק ביי 298 K ניצן אַ סערקיאַלייטינג וואַסער וואַנע (TC120, Grant).גאַסאַס זויערשטאָף (BOC) איז באַבלינג אין די עלעקטראָליטע דורך אַ גלאז פריט מיט אַ פּאָראָסיטי פון 25-50 μם פֿאַר בייַ מינדסטער 30 מינוט איידער יעדער עקספּערימענט.צו קריגן אָרר פּאָולעראַזיישאַן קורוועס, די פּאָטענציעל איז סקאַנד פון 0.1 צו -0.5 וו (רעלאַטיוו צו הג / הגאָ) ביי אַ יבערקוקן קורס פון 5 מוו s -1 ביי 400 רפּם.סיקליק וואָלטאַממאָגראַמס זענען באקומען דורך ופראַמען די פּאָטענציעל צווישן 0 און -1.0 וו און הג / הגאָ אין אַ קורס פון 50 מוו s-1.
פֿאַר HDE מעזשערמאַנץ, די 1 M NaOH עלעקטראָליטע איז געווען מיינטיינד ביי 333 K מיט אַ סערקיאַלייטינג וואַסער וואַנע.אַן אַקטיוו שטח פון 0.8 סענטימעטער 2 איז געווען יקספּאָוזד צו די עלעקטראָליטע מיט אַ קעסיידערדיק צושטעלן פון זויערשטאָף צו די דערציען זייַט פון די ילעקטראָוד מיט אַ קורס פון 200 cm3 / מין.די פאַרפעסטיקט דיסטאַנסע צווישן די ארבעטן ילעקטראָוד און די רעפֿערענץ ילעקטראָוד איז געווען 10 מם, און די ווייַטקייט צווישן די ארבעטן ילעקטראָוד און די טאָמבאַנק ילעקטראָוד איז 13-15 מם.ניקאַל דראָט און ייגל צושטעלן עלעקטריקאַל קאָנטאַקט אויף די גאַז זייַט.טשראָנאָפּאָטענטיאָמעטריק מעזשערמאַנץ זענען גענומען אין 10, 20, 50 און 100 מאַ סענטימעטער-2 צו אָפּשאַצן די פעסטקייַט און עפעקטיווקייַט פון די ילעקטראָוד.
די קעראַקטעריסטיקס פון די ORR און OER ילעקטראָודז זענען עוואַלואַטעד אין אַ 200 cm3 דזשאַקיטיד גלאז צעל מיט אַ PTFE29 אַרייַנלייגן.א סכעמאַטיש דיאַגראַמע פון ​​די סיסטעם איז געוויזן אין פיגורע ס 1.די ילעקטראָודז אין די באַטאַרייע זענען פארבונדן אין אַ דרייַ-ילעקטראָוד סיסטעם.די אַרבעט ילעקטראָוד קאָנסיסטעד פון באַזונדער אָפּרוף-ספּעציפיש ORR און OER ילעקטראָודז פארבונדן צו אַ רעלע מאָדולע (Songle, SRD-05VDC-SL-C) און אַ מיקראָקאָנטראָללער (Raspberry Pi 2014 © מאָדעל ב + וו1.2) מיט אַ צינק אַנאָוד.ווי אַ פּאָר די ילעקטראָודז און די רעפֿערענץ ילעקטראָוד הג / הגאָ אין 4 ב נאַאָה זענען אין אַ ווייַטקייט פון 3 מם פון די צינק אַנאָוד.א פּיטהאָן שריפט איז געשריבן צו אַרבעטן און קאָנטראָלירן די Raspberry Pi און Relay Module.
דער צעל איז געווען מאַדאַפייד צו אַקאַמאַדייט אַ צינק שטער אַנאָוד (Goodfellow, 1 מם דיק, 99.95%) און אַ פּאָלימער דעקן ערלויבט די ילעקטראָודז צו זיין געשטעלט אין אַ פאַרפעסטיקט ווייַטקייט פון בעערעך 10 עם.4 מם באַזונדער.ניטרילע גומע פּלאַגז פאַרפעסטיקט די ילעקטראָודז אין די דעקל, און ניקאַל ווירעס (Alfa Aesar, 0.5 מם דיאַמעטער, אַנניאַלד, 99.5% Ni) זענען געניצט פֿאַר די עלעקטריקאַל קאָנטאַקטן פון די ילעקטראָודז.די צינק שטער אַנאָוד איז געווען ערשטער קלינד מיט יסאָפּראָפּאַנאָל און דערנאָך מיט דייאַנייזד וואַסער, און די ייבערפלאַך פון די שטער איז באדעקט מיט פּאַליפּראָופּאַלין טייפּ (אַוואָן, AVN9811060K, 25 μm דיק) צו ויסשטעלן אַן אַקטיוו שטח פון בעערעך 0.8 סענטימעטער2.
אַלע סייקלינג יקספּעראַמאַנץ זענען דורכגעקאָכט אין 4 M NaOH + 0.3 M ZnO עלעקטראָליטע ביי 333 K סייַדן אַנדערש אנגעוויזן.אין די פיגור, Ewe מיט רעספּעקט צו Hg/HgO רעפערס צו די פּאָטענציעל פון די זויערשטאָף ילעקטראָוד (ORR און OER), Ece מיט רעספּעקט צו Hg/HgO רעפּראַזענץ די פּאָטענציעל פון די צינק ילעקטראָוד, Ecell מיט רעספּעקט צו Hg/HgO רעפּראַזענץ די פול. צעל פּאָטענציעל אָדער פּאָטענציעל חילוק.צווישן צוויי באַטאַרייע פּאָטענציעל.זויערשטאָף אָדער קאַמפּרעסט לופט איז געווען סאַפּלייד צו די דערציען זייַט פון די OPP ילעקטראָוד מיט אַ קעסיידערדיק לויפן קורס פון 200 cm3 / מין.די סייקלינג פעסטקייַט און פאָרשטעלונג פון די ילעקטראָודז איז געלערנט אין אַ קראַנט געדיכטקייַט פון 20 מאַ סענטימעטער-2, אַ ציקל צייט פון 30 מינוט און אַ OCV מנוחה צייט פון 1 מין צווישן יעדער האַלב ציקל.א מינימום פון 10 סייקאַלז זענען דורכגעקאָכט פֿאַר יעדער פּראָבע, און דאַטן זענען יקסטראַקטיד פון סייקאַלז 1, 5 און 10 צו באַשטימען די צושטאַנד פון די ילעקטראָודז איבער צייַט.
די מאָרפאָלאָגי פון די אָרר קאַטאַליסט איז קעראַקטערייזד דורך סעם (Fig. 2), און פּודער X-Ray דיפפראַקשאַן מעזשערמאַנץ באשטעטיקט די קריסטאַל סטרוקטור פון די סאַמפּאַלז (Fig. 3).די סטראַקטשעראַל פּאַראַמעטערס פון די קאַטאַליסט סאַמפּאַלז זענען געגעבן אין טאַבלע 1. 1. ווען קאַמפּערינג מאַנגאַנעסע אַקסיידז, געשעפט מנאָ2 אין פייַג.2אַ באשטייט פון גרויס פּאַרטיקאַלז, און די דיפראַקשאַן מוסטער אין פיגורע 3אַ קאָראַספּאַנדז צו JCPDS 24-0735 פֿאַר טעטראַגאָנאַל β-מנאָ2.אויף די פאַרקערט, אויף די MnOx ייבערפלאַך אין Fig. 2b ווייזט פיינער און פיינער פּאַרטיקאַלז, וואָס קאָראַספּאַנדז צו די דיפראַקשאַן מוסטער אין Fig. (541) פון די טעטראַהעדראַל סענטערד α-מנאָ2 כיידרייט, JCPDS 44-014028.
(אַ) מנאָ2, (ב) מנאָקס, (ק) קאָ3אָ4, (ד) ניקאָ2אָ4, (ע) מנקאָ2אָ4, (ו) ווולקאַן קסק-72ר, (ג) גראַפענע, (ה) ניטראָגען דאַפּט גראַפענע, (און) 5 ווט .% פּט/C.
X-Ray פּאַטערנז פון (אַ) מנאָ2, (ב) מנאָקס, (ק) קאָ3אָ4, (ד) ניקאָ2אָ4, (ע) מנקאָ2אָ4, (ו) ווולקאַן קסק-72ר, ניטראָגען-דאַפּט גראַפענע און גראַפענע, און (ג) 5 % פּלאַטין / טשאַד.
אויף פ.2c–e, די ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגי פון אַקסיידז באזירט אויף קאָבאַלט קאָ3אָ4, ניקאָ2אָ4 און מנקאָ2אָ4 באשטייט פון קלאַסטערז פון ירעגיאַלער סייזד פּאַרטיקאַלז.אויף פ.3c-e ווייַזן אַז אַלע פון ​​די יבערגאַנגמעטאַלאַקסיידז האָבן אַ ספּינעל סטרוקטור און אַ ענלעך קוביק קריסטאַל סיסטעם (JCPDS 01-1152, JCPDS 20-0781, און JCPDS 23-1237, ריספּעקטיוולי).דאָס ינדיקייץ אַז די טערמאַל דיקאַמפּאָוזישאַן אופֿן איז ביכולת צו פּראָדוצירן העכסט קריסטאַליין מעטאַל אַקסיידז, ווי עווידאַנסט דורך די שטאַרק געזונט-דיפיינד פּיקס אין די דיפראַקשאַן מוסטער.
SEM בילדער פון טשאַד מאַטעריאַלס ווייַזן גרויס ענדערונגען.אויף פ.2f Vulcan XC-72R טשאַד שוואַרץ באשטייט פון דענסלי פּאַקט נאַנאָפּאַרטיקלעס.אויף די פאַרקערט, די אויסזען פון גראַפענע אין פייג. 2 ג זענען העכסט דיסאָרדערד פּלאַטעס מיט עטלעכע אַגלאַמעריישאַנז.אָבער, N-דאָפּט גראַפענע (Fig. 2h) אויס צו צונויפשטעלנ זיך פון דין לייַערס.די קאָראַספּאַנדינג X-Ray דיפפראַקשאַן פּאַטערנז פון Vulcan XC-72R, געשעפט גראַפענע נאַנאָשיץ און N-דאָפּט גראַפענע אין פיגס.3f ווייַזן קליין ענדערונגען אין די 2θ וואַלועס פון די (002) און (100) טשאַד פּיקס.Vulcan XC-72R איז יידענאַפייד ווי אַ כעקסאַגאַנאַל גראַפייט אין JCPDS 41-1487 מיט פּיקס (002) און (100) אנטפלעקט ביי 24.5 ° און 43.2 ° ריספּעקטיוולי.סימילאַרלי, די (002) און (100) פּיקס פון N-דאָפּט גראַפענע דערשייַנען ביי 26.7 ° און 43.3 ° ריספּעקטיוולי.דער הינטערגרונט ינטענסיטי באמערקט אין די X-Ray דיפפראַקשאַן פּאַטערנז פון Vulcan XC-72R און ניטראָגען-דאַפּטיד גראַפענע איז רעכט צו דער העכסט דיסאָרדערד נאַטור פון די מאַטעריאַלס אין זייער ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגי.אין קאַנטראַסט, די דיפראַקשאַן מוסטער פון גראַפענע נאַנאָשיץ ווייזט אַ שאַרף, טיף שפּיץ (002) ביי 26.5 ° און אַ קליין ברייט שפּיץ (100) ביי 44 °, ינדאַקייטינג אַ מער קריסטאַליין נאַטור פון דעם מוסטער.
צום סוף, אין Fig.2i SEM בילד פון 5 wt.% פּט / C ווייזט רוט-שייפּט טשאַד פראַגמאַנץ מיט קייַלעכיק וווידז.קוביק פּט איז באשלאסן פון רובֿ פון די פּיקס אין די 5 ווט% פּט / C דיפראַקשאַן מוסטער אין פיג. 3 ג, און די שפּיץ אין 23 ° קאָראַספּאַנדז צו די (002) שפּיץ פון די טשאַד פאָרשטעלן.
א לינעאַר ויסקערן אָרר קאַטאַליסט וואָלטאַממאָגראַם איז רעקאָרדעד אין אַ ויסקערן קורס פון 5 מוו s-1.רעכט צו מאַסע אַריבערפירן לימיטיישאַנז, די געזאמלט מאַפּס (פיג. 4 אַ) יוזשאַוואַלי האָבן אַ S-פאָרעם יקסטענדינג צו אַ פּלאַטאָ מיט מער נעגאַטיוו פּאָטענציעל.די לימאַטינג קראַנט געדיכטקייַט, דזשל, פּאָטענציעל ע 1 / 2 (ווו דזש / דזשל = ½) און אָנסעט פּאָטענציעל ביי -0.1 מאַ סענטימעטער-2 זענען יקסטראַקטיד פון די פּלאַץ און ליסטעד אין טאַבלע 2. עס איז כדאי צו באמערקן אַז אין Fig.4 אַ, קאַטאַליסץ קענען זיין קלאַסאַפייד לויט זייער E1/2 פּאָטענציעל אין: (איך) מעטאַל אַקסיידז, (II) קאַרבאָוכייאָוס מאַטעריאַלס, און (III) איידעלע מעטאַלס.
לינעאַר ויסקערן וואָולטאַממאָגראַמס פון (אַ) קאַטאַליסט און (ב) אַ דין פילם פון קאַטאַליסט און XC-72R, געמאסטן אויף אַ RDE גלאַסי טשאַד זאָנד ביי 400 רפּם מיט אַ יבערקוקן קורס פון 5 מוו s-1 אין אָ2 זעטיקונג ביי 298 ק אין 1 M NaOH cf.
יחיד מעטאַל אַקסיידז פון Mn און קאָ אין גרופּע איך ווייַזן ערשט פּאָטענציעל פון -0.17 V און -0.19 V ריספּעקטיוולי, און E1/2 וואַלועס זענען צווישן -0.24 און -0.26 V. די רעדוקציע ריאַקשאַנז פון די מעטאַל אַקסיידז זענען דערלאנגט אין יקווייזשאַן .(1) און (2), וואָס דערשייַנען ווייַטער צו די אָנסעט פּאָטענציעל אין Figs.4אַ גלייַכן די נאָרמאַל פּאָטענציעל פון דער ערשטער שריט 2e פון די ORR ומדירעקט דרך אין די יקווייזשאַן.(3).
די געמישט מעטאַל אַקסיידז MnCo2O4 און NiCo2O4 אין דער זעלביקער גרופּע ווייַזן אַ ביסל קערעקטאַד ערשט פּאָטענציעל ביי -0.10 און -0.12 וו ריספּעקטיוולי, אָבער ריטיין E1/2 וואַלועס פון וועגן 10.-0.23 וואלטס.
גרופע וו טשאַד מאַטעריאַלס ווייַזן מער positive E1/2 וואַלועס ווי גרופּע איך מעטאַל אַקסיידז.גראַפענע מאַטעריאַל האט אַן ערשט פּאָטענציעל פון -0.07 V און אַן E1/2 ווערט פון -0.11 V, בשעת אַן ערשט פּאָטענציעל און E1/2 פון 72R Vulcan XC- זענען -0.12V און -0.17V ריספּעקטיוולי.אין גרופּע III, 5 ווט% פּט / C געוויזן די מערסט positive ערשט פּאָטענציעל ביי 0.02 וו, אַן E1/2 פון -0.055 וו, און אַ מאַקסימום שיעור ביי -0.4 וו, זינט זויערשטאָף רעדוקציע פארגעקומען דורך די קראַנט געדיכטקייַט פון די 4e דרך .עס אויך האט די לאָואַסט E1 / 2 רעכט צו דער הויך קאַנדאַקטיוואַטי פון פּט / C און די ריווערסאַבאַל קינעטיק פון די ORR אָפּרוף.
פיגורע S2a גיט די טאַפעל שיפּוע אַנאַליסיס פֿאַר פאַרשידן קאַטאַליסץ.די קינעטיקלי קאַנטראָולד געגנט פון 5 וו.% פּט / C סטאַרץ ביי 0.02 וו מיט רעספּעקט צו הג / הגאָ, בשעת די געגנט פון מעטאַל אַקסיידז און טשאַד מאַטעריאַלס איז אין די קייט פון נעגאַטיוו פּאָטענציעלז פון -0.03 צו -0.1 וו. די שיפּוע ווערט פֿאַר Tafel Pt/C איז -63.5 mV ss-1, וואָס איז טיפּיש פֿאַר Pt ביי נידעריק קראַנט געדיכטקייַט dE/d לאָג i = -2.3 RT/F31.32 אין וואָס די קורס-דיטערמאַנינג שריט ינוואַלווז די יבערגאַנג פון זויערשטאָף פון פיסיסורפּטיאָן צו כעמיסאָרפּטיאָן33,34.די טאַפעל שיפּוע וואַלועס פֿאַר טשאַד מאַטעריאַלס זענען אין דער זעלביקער געגנט ווי פּט / C (-60 צו -70 מוו דיוו-1), סאַגדזשעסטינג אַז די מאַטעריאַלס האָבן ענלעך ORR פּאַטס.יחיד מעטאַל אַקסיידז פון קאָ און מאן באַריכט טאַפעל סלאָפּעס ריינדזשינג פון -110 צו -120 מוו דעק-1, וואָס איז דע / ד לאָג איך = -2.3 2רט / ף, ווו די קורס-דיטערמאַנינג שריט איז דער ערשטער עלעקטראָן.אַריבערפירן שריט 35, 36. אַ ביסל העכער שיפּוע וואַלועס רעקאָרדעד פֿאַר געמישט מעטאַל אַקסיידז NiCo2O4 און MnCo2O4, וועגן -170 מוו דעק-1, אָנווייַזן דעם בייַזייַן פון אָה- און ה2אָ ייאַנז אויף די ייבערפלאַך פון די אַקסייד, וואָס פאַרמייַדן זויערשטאָף אַדסאָרפּטיאָן און עלעקטראָן אַריבערפירן, דערמיט אַפעקטינג זויערשטאָף.רעדוקציע דרך 35.
די קוטעצקי-לעוויטש (KL) יקווייזשאַן איז געניצט צו באַשטימען די קינעטיק אָפּרוף פּאַראַמעטערס פֿאַר פאַרשידן קאַטאַליסט סאַמפּאַלז אָן מאַסע אַריבערפירן.אין די יקווייזשאַן.(4) די גאַנץ געמאסטן קראַנט געדיכטקייַט דזש איז די סאַכאַקל פון די קראַנט געדיכטקייַט פון עלעקטראָן אַריבערפירן און מאַסע אַריבערפירן.
פון די יקווייזשאַן.(5) די לימאַטינג קראַנט געדיכטקייַט דזשל איז פּראַפּאָרשאַנאַל צו די קוואַדראַט וואָרצל פון די ראָוטיישאַן גיכקייַט.דעריבער, די KL יקווייזשאַן.(6) באשרייבט אַ שורה גראַפיק פון j−1 קעגן ω−1//2, ווו די ינטערסעקשאַן פונט איז jk און די שיפּוע פון ​​די גראַפיק איז K.
ווו ν איז די קינעמאַטיק וויסקאָסיטי פון די עלעקטראָליטע 1 M NaOH (1.1 × 10-2 cm2 s-1)37, D איז די דיפיוזשאַן קאָואַפישאַנט פון אָ2 אין 1 M NaOH (1.89 × 10-5 cm2 s-1)38, ω איז רפּם איז די ראָוטיישאַן גיכקייַט, C איז די זויערשטאָף קאַנסאַנטריישאַן אין די פאַרנעם לייזונג (8.4 × 10-7 מאָל סענטימעטער-3)38.
קלייַבן לינעאַרלי סוועפּט וואָלטאַממאָגראַמס ניצן RDE ביי 100, 400, 900, 1600 און 2500 רפּם.וואַלועס זענען גענומען פון -0.4 V אין די לימיטעד מאַסע אַריבערפירן געגנט צו פּלאַנעווען די KL דיאַגראַמע, דאס הייסט -j-1 קעגן ω-1//2 פֿאַר די קאַטאַליסט (Fig. S3a).ניצן יקווייזשאַנז.אין יקווייזשאַנז (6) און (7), די פאָרשטעלונג ינדיקאַטאָרס פון די קאַטאַליסט, אַזאַ ווי די קינעטיק קראַנט געדיכטקייַט אָן גענומען אין חשבון די יפעקץ פון מאַסע אַריבערפירן דזשק, זענען באשלאסן דורך די פונט פון ינטערסעקשאַן מיט די י אַקס, און די נומער פון עלעקטראָן טראַנספערס איז באשלאסן דורך די גראַדיענט ק פון די ויסבייג.זיי זענען ליסטעד אין טיש 2.
5 ווט% פּט / C און XC-72R האָבן די לאָואַסט אַבסאָלוט דזשק וואַלועס, וואָס ינדיקייץ פאַסטער קינעטיק פֿאַר די מאַטעריאַלס.אָבער, די שיפּוע פון ​​די XC-72R ויסבייג איז כּמעט צוויי מאָל אַז פֿאַר 5 ווט% פּט / C, וואָס איז דערוואַרט זינט ק איז אַן אָנווייַז פון די נומער פון עלעקטראָנס טראַנספערד בעשאַס די זויערשטאָף רעדוקציע.טהעאָרעטיקאַללי, די KL פּלאַנעווען פֿאַר 5 ווט% פּט / C זאָל פאָרן דורך די 39 אָריגין אונטער לימיטעד מאַסע אַריבערפירן טנאָים, אָבער דאָס איז נישט באמערקט אין פיגורע ס 3 אַ, סאַגדזשעסטינג קינעטיק אָדער דיפיוזשאַנאַל לימיטיישאַנז וואָס ווירקן די רעזולטאַטן.דאָס קען זיין ווייַל Garsani et al.40 האָבן געוויזן אַז קליין ינגקאַנסיסטענסיז אין די טאַפּאַלאַדזשי און מאָרפאָלאָגי פון פּט / C קאַטאַליטיק פילמס קענען ווירקן די אַקיעראַסי פון ORR אַקטיוויטעט וואַלועס.אָבער, זינט אַלע קאַטאַליסט פילמס זענען צוגעגרייט אין דער זעלביקער וועג, קיין ווירקונג אויף די רעזולטאַטן זאָל זיין די זעלבע פֿאַר אַלע סאַמפּאַלז.די גראַפענע KL קרייַז פונט פון ≈ -0.13 מאַ-1 קמ2 איז פאַרגלייַכלעך צו די XC-72R, אָבער די -0.20 מאַ -1 קמ2 קרייַז פונט פֿאַר די N-דאָפּט גראַפענע קל גראַפיק ינדיקייץ אַז די קראַנט געדיכטקייַט איז גרעסער דעפּענדס אויף די וואָולטידזש אויף די קאַטאַליטיק קאַנווערטער.דאָס קען זיין רעכט צו דעם פאַקט אַז ניטראָגען דאָפּינג פון גראַפענע ראַדוסאַז די קוילעלדיק עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי, ריזאַלטינג אין סלאָוער עלעקטראָן אַריבערפירן קינעטיק.אין קאַנטראַסט, די אַבסאָלוט ק ווערט פון ניטראָגען-דאַפּטיד גראַפענע איז קלענערער ווי אַז פון גראַפענע ווייַל די בייַזייַן פון ניטראָגען העלפּס צו שאַפֿן מער אַקטיוו זייטלעך פֿאַר ORR41,42.
פֿאַר אַקסיידז באזירט אויף מאַנגאַנעס, די ינטערסעקשאַן פונט פון די גרעסטן אַבסאָלוט ווערט איז באמערקט - 0.57 מאַ -1 סענטימעטער2.פונדעסטוועגן, די אַבסאָלוט K ווערט פון MnOx איז פיל נידעריקער ווי אַז פון MnO2 און איז נאָענט צו 5 ווט%.%Pt/C.די עלעקטראָן אַריבערפירן נומערן זענען באשלאסן צו זיין בעערעך.מנאָקס איז 4 און מנאָ2 איז נאָענט צו 2. דאָס איז קאָנסיסטענט מיט רעזולטאַטן ארויס אין דער ליטעראַטור, וואָס באַריכט אַז די נומער פון עלעקטראָן טראַנספערס אין די α-מנאָ2 אָרר דרך איז 4, בשעת β-מנאָ243 איז טיפּיקלי ווייניקער ווי 4. אזוי אזוי , די ORR פּאַטווייז אַנדערש פֿאַר פאַרשידענע פּאַלימאָרפיק פארמען פון קאַטאַליסץ באזירט אויף מאַנגאַנעס אַקסייד, כאָטש די ראַטעס פון כעמיש סטעפּס בלייבן בעערעך דער זעלביקער.אין באַזונדער, די MnOx און MnCo2O4 קאַטאַליסץ האָבן עלעקטראָן אַריבערפירן נומערן אַ ביסל העכער ווי 4 ווייַל די רעדוקציע פון ​​מאַנגאַנעסע אַקסיידז פאָרשטעלן אין די קאַטאַליסץ אַקערז סיימאַלטייניאַסלי מיט די רעדוקציע פון ​​זויערשטאָף.אין אַ פריערדיקן אַרבעט, מיר געפונען אַז די עלעקטראָטשעמיקאַל רעדוקציע פון ​​מאַנגאַנעס אַקסייד אַקערז אין דער זעלביקער פּאָטענציעל קייט ווי די רעדוקציע פון ​​זויערשטאָף אין אַ לייזונג סאַטשערייטאַד מיט ניטראָגען28.דער צושטייַער פון זייַט ריאַקשאַנז פירט צו אַ קאַלקיאַלייטיד נומער פון עלעקטראָנס אַ ביסל מער ווי 4.
די ינטערסעקשאַן פון קאָ3אָ4 איז ≈ -0.48 מאַ-1 קמ2, וואָס איז ווייניקער נעגאַטיוו ווי די צוויי פארמען פון מאַנגאַנעס אַקסייד, און די קלאָר עלעקטראָן אַריבערפירן נומער איז באשלאסן דורך די ווערט פון ק גלייַך צו 2. ריפּלייסינג ני אין ניקאָ2אָ4 און מן אין מנקאָ2אָ4 דורך קאָ פירט צו אַ פאַרקלענערן אין די אַבסאָלוט וואַלועס ק, וואָס ינדיקייץ אַ פֿאַרבעסערונג אין די עלעקטראָן אַריבערפירן קינעטיק אין געמישט מעטאַל אַקסיידז.
טשאַד סאַבסטרייץ זענען מוסיף צו די ORR קאַטאַליסט טינט צו פאַרגרעסערן עלעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי און פאַסילאַטייט געהעריק דריי-פאַסע גרענעץ פאָרמירונג אין גאַז דיפיוזשאַן ילעקטראָודז.Vulcan-XC-72R איז אויסגעקליבן רעכט צו זיין נידעריק פּרייַז, גרויס ייבערפלאַך שטח פון 250 מ2·ג-1 און נידעריק רעסיסטיוויטי פון 0.08 צו 1 Ω·קם44.45.אַ LSV פּלאַנעווען פון אַ קאַטאַליסט מוסטער געמישט מיט ווולקאַן קסק-72ר ביי 400 רפּם איז געוויזן אין פיגורע 1. 4ב.די מערסט קלאָר ווי דער טאָג ווירקונג פון אַדינג די Vulcan XC-72R איז צו פאַרגרעסערן די לעצט קראַנט געדיכטקייַט.באַמערקונג אַז דאָס איז מער באמערקט פֿאַר מעטאַל אַקסיידז, מיט נאָך 0.60 מאַ סענטימעטער -2 פֿאַר איין מעטאַל אַקסיידז, 0.40 מאַ סענטימעטער -2 פֿאַר געמישט מעטאַל אַקסיידז, און 0.28 מאַ סענטימעטער -2 פֿאַר גראַפענע און דאָפּט גראַפענע.ען לייג 0.05 מאַ סענטימעטער-2.−2.די אַדישאַן פון Vulcan XC-72R צו די קאַטאַליסט טינט אויך ריזאַלטיד אין אַ positive יבעררוק אין די אָנסעט פּאָטענציעל און די E1/2 האַלב-כוואַליע פּאָטענציעל פֿאַר אַלע קאַטאַליסץ אַחוץ גראַפענע.די ענדערונגען קען זיין אַ מעגלעך רעזולטאַט פון אַ געוואקסן נוצן פון עלעקטראָטשעמיקאַל ייבערפלאַך געגנט46 און ימפּרוווד קאָנטאַקט47 צווישן קאַטאַליסט פּאַרטיקאַלז אויף געשטיצט ווולקאַן קסק-72ר קאַטאַליסט.
די קאָראַספּאַנדינג טאַפעל פּלאַץ און קינעטיק פּאַראַמעטערס פֿאַר די קאַטאַליסט מיקסטשערז זענען געוויזן אין פיגורע ס 2 ב און טאַבלע 3, ריספּעקטיוולי.די טאַפעל שיפּוע וואַלועס זענען די זעלבע פֿאַר די MnOx און גראַפענע מאַטעריאַלס מיט און אָן XC-72R, וואָס ינדיקייץ אַז זייער ORR פּאַטווייז זענען נישט אַפעקטאַד.אָבער, די קאָבאַלט-באזירט אַקסיידז Co3O4, NiCo2O4 און MnCo2O4 געגעבן קלענערער נעגאַטיוו טאַפעל שיפּוע וואַלועס צווישן -68 און -80 מוו דעק-1 אין קאָמבינאַציע מיט XC-72R וואָס ינדיקייץ אַ יבעררוק אין די ORR פּאַטוויי.פיגורע S3b ווייזט אַ KL פּלאַנעווען פֿאַר אַ קאַטאַליסט מוסטער קאַמביינד מיט אַ Vulcan XC-72R.אין אַלגעמיין, אַ פאַרקלענערן אין די אַבסאָלוט וואַלועס פון דזשק איז באמערקט פֿאַר אַלע קאַטאַליסץ געמישט מיט XC-72R.מנאָקס געוויזן די גרעסטן פאַרקלענערן אין די אַבסאָלוט ווערט פון דזשק מיט 55 מאַ-1 סענטימעטער2, בשעת NiCo2O4 רעקאָרדעד אַ פאַרקלענערן מיט 32 מאַ-1 סענטימעטער-2, און גראַפענע געוויזן די קלענסטער פאַרקלענערן מיט 5 מאַ-1 סענטימעטער.עס קענען זיין געפונען אַז די ווירקונג פון Vulcan XC-72R אויף די פאָרשטעלונג פון די קאַטאַליסט איז לימיטעד דורך די ערשט אַקטיוויטעט פון די קאַטאַליסט אין טערמינען פון OVR.
Vulcan XC-72R קען נישט ווירקן די K וואַלועס פון NiCo2O4, MnCo2O4, גראַפענע און ניטראָגען-דאַפּטיד גראַפענע.אָבער, די K ווערט פון Co3O4 דיקריסט באטייטיק מיט די אַדישאַן פון Vulcan XC-72R, וואָס ינדיקייץ אַ פאַרגרעסערן אין די נומער פון עלעקטראָנס טראַנספערד דורך די ORR.אַזאַ קאָ-פֿאַרבאַנד פון Co3O4 מיט טשאַד קאַמפּאָונאַנץ איז רעפּאָרטעד אין רעפס.48, 49. אין דער אַוועק פון אַ טשאַד שטיצן, קאָ3אָ4 איז געדאַנק צו העכערן דיספּראַפּאָרשאַניישאַן פון HO2- צו אָ2 און אָה-50.51, וואָס איז אין גוט העסקעם מיט קאָ3אָ4 ס עלעקטראָן אַריבערפירן נומער פון וועגן 2 אין טיש 2. פיזיש אַדסאָרפּטיאָן פון קאָ 3 אָ 4 אויף טשאַד סאַבסטרייץ איז געריכט צו דזשענערייט אַ 2 + 2 פיר-עלעקטראָן ORR פּאַטוויי 52 וואָס ערשטער עלעקטראָרעדוסעס אָ 2 צו HO2- אין די צובינד פון די קאָ 3 אָ 4 קאַטאַליסט און ווולקאַן קסק-72 ר (יקווייזשאַן 1) און דערנאָך HO2 - די ראַפּאַדלי דיספּראַפּאָרשאַנדייטיד מעטאַל אַקסייד ייבערפלאַך איז קאָנווערטעד צו אָ 2 נאכגעגאנגען דורך עלעקטראָרעדוקטיאָן.
אין קאַנטראַסט, די אַבסאָלוט ווערט פון K MnOx געוואקסן מיט די אַדישאַן פון Vulcan XC-72R, וואָס רעפּראַזענץ אַ פאַרקלענערן אין די עלעקטראָן אַריבערפירן נומער פון 4.6 צו 3.3 (טאַבלע 3).דאָס איז רעכט צו דעם בייַזייַן פון צוויי זייטלעך אויף די טשאַד קאַטאַליסט קאַמפּאַזאַט פֿאַר די צוויי-בינע עלעקטראָן דרך.די ערשט רעדוקציע פון ​​אָ 2 צו HO2- אַקערז גרינגער אויף טשאַד שטיצט, ריזאַלטינג אין אַ ביסל געוואקסן ייבערהאַנט פֿאַר די צוויי-עלעקטראָן פּאַטוויי פון ORR53.
די פעסטקייַט פון די קאַטאַליסט איז געווען עוואַלואַטעד אין די GDE האַלב-צעל אין די קייט פון קראַנט דענסאַטיז.אויף פ.5 ווייַזן די פּאָטענציעל קעגן צייט פֿאַר GDE MnOx, MnCo2O4, NiCo2O4, גראַפענע און ניטראָגען-דאַפּטיד גראַפענע.MnOx ווייזט גוט קוילעלדיק פעסטקייַט און ORR פאָרשטעלונג ביי נידעריק און הויך קראַנט דענסאַטיז, סאַגדזשעסטינג אַז עס איז פּאַסיק פֿאַר ווייַטער אַפּטאַמאַזיישאַן.
טשראָנאָפּאָטענטיאָמעטרי פון הדע סאַמפּאַלז אין קראַנט פון 10 צו 100 מאַ / קמ2 אין 1 ב נאַאָה, 333 ק, אָ2 לויפן קורס 200 קמ3 / מין.
MnCo2O4 סימז אויך צו ריטיין גוט ORR פעסטקייַט איבער די קראַנט געדיכטקייַט קייט, אָבער אין העכער קראַנט געדיכטקייַט פון 50 און 100 מאַ סענטימעטער-2, גרויס אָוווערוואָלטאַגעס זענען באמערקט וואָס ינדיקייץ אַז MnCo2O4 טוט נישט דורכפירן ווי געזונט ווי MnOx.Graphene GDE יגזיבאַץ די לאָואַסט ORR פאָרשטעלונג איבער די קראַנט געדיכטקייַט קייט טעסטעד, דעמאַנסטרייטינג אַ גיך קאַפּ אין פאָרשטעלונג ביי 100 מאַ סענטימעטער -2.דעריבער, אונטער די אויסדערוויילט יקספּערמענאַל טנאָים, MnOx GDE איז אויסדערוויילט פֿאַר ווייַטער טעסץ אין די Zn-air צווייטיק סיסטעם.