तीन-आयामी निकल फोम सामग्रीहरूमा पानी क्र्याकिंगको लागि इलेक्ट्रोकाटलिस्टको रूपमा नैनोस्ट्रक्चर गरिएको सामग्रीको उपयोग

जीवाश्म ईन्धनको कमी र ऊर्जा र वातावरणीय समस्याहरूको बारेमा बढ्दो चिन्ताले वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतहरू विकास गर्न व्यापक अनुसन्धान प्रयासहरू निम्त्याएको छ।इलेक्ट्रोकेमिकल इलेक्ट्रोलाइसिसपानी को हाइड्रोजन ईन्धन उत्पादन को लागी एक आशाजनक रणनीति मानिन्छ। यद्यपि, कुशल पानी क्र्याकिङको लागि कुशल र टिकाऊ इलेक्ट्रोकाटलिस्टहरू चाहिन्छ जसले अक्सिजन-निकासी प्रतिक्रिया (OER) र हाइड्रोजन-निकासी प्रतिक्रिया (HER) को गतिलाई गति दिन सक्छ। नोबल धातु युक्त उत्प्रेरकहरू, जस्तै Pt र यसको मिश्र धातुहरू, RuO2 र IrO2, हाल OER र HER लाई उत्प्रेरित गर्नका लागि सबैभन्दा कुशल उत्प्रेरकहरू हुन्। यद्यपि, उच्च लागत र नोबल धातुहरूको अभावले तिनीहरूको ठूलो मात्रामा प्रयोग र नवीकरणीय ऊर्जा प्रविधिहरूको विकासमा बाधा पुर्‍याएको छ। यी सीमितताहरू पार गर्न, OER र OERHER को आर्थिक विकल्पको रूपमा पृथ्वी-प्रचुर मात्रामा सामग्रीहरू प्रयोग गरेर गैर-बहुमूल्य धातु इलेक्ट्रोकाटलिस्टहरू डिजाइन र संश्लेषण गर्न पर्याप्त प्रयासहरू गरिएका छन्। ट्रान्जिसन मेटल अक्साइडहरू, सल्फाइडहरू, फस्फाइडहरू, कार्बन सामग्री, सेलेनाइडहरू, र मिश्रित-धातु कम्प्लेक्सहरू व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको छ र OER र HER को लागि आशाजनक प्रदर्शन देखाएको छ। यद्यपि, यी अधिकांश इलेक्ट्रोकाटालिस्टहरूलाई नोबल मेटल-आधारित उत्प्रेरकहरू भन्दा उच्च क्षमता चाहिन्छ, र तिनीहरूको स्थिरता सुधार गर्नु महत्त्वपूर्ण छ। तसर्थ, कुशल पानी विभाजनको लागि उच्च गतिविधि र दीर्घकालीन स्थिरता सहित कम लागत र कुशल वैकल्पिक इलेक्ट्रोड संरचना विकास गर्न तत्काल आवश्यकता छ।

इलेक्ट्रोकेमिकल अनुप्रयोगको क्षेत्रमा, इलेक्ट्रोडहरू तयार गर्न दुई मुख्य रणनीतिहरू प्रयोग गरिएको छ। पहिलो र सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको प्रविधि पाउडरको रूपमा उत्प्रेरकहरूको प्रयोग समावेश गर्दछ। सामान्यतया, इलेक्ट्रोडहरू इलेक्ट्रोएक्टिभ सामग्री, चालकता बृद्धिकर्ताहरू, र प्रवाहकीय सब्सट्रेटहरूमा टाँस्ने स्लरीहरू प्रयोग गरेर निर्माण गरिन्छ। यद्यपि, यो दृष्टिकोण कमजोरी बिना छैन। मुख्य हानि भनेको विद्युतीय इन्सुलेट बाइन्डरको आवश्यकता हो, जसले इलेक्ट्रोलाइट र उत्प्रेरक बीचको सम्पर्क क्षेत्र कम गर्दछ। यसले उत्प्रेरक रूपमा सक्रिय साइटहरू अवरुद्ध गर्न नेतृत्व गर्न सक्छ, उच्च प्रतिरोध र कम electrocatalytic प्रदर्शन को परिणामस्वरूप। थप रूपमा, इलेक्ट्रोडहरू तुलनात्मक रूपमा अस्थिर हुन्छन्, किनकि संलग्न उत्प्रेरकले उच्च वर्तमान घनत्वहरूमा कन्डक्टिंग सब्सट्रेटबाट बाहिर निस्कन्छ। इलेक्ट्रोड तयारीको लागि दोस्रो मुख्य रणनीति भनेको निकेल फोम, तामा पन्नी, कार्बन कपडा वा कागज, FTO, स्टेनलेस स्टील र निकेल पन्नी जस्ता प्रवाहकीय सब्सट्रेटमा सिधै इलेक्ट्रोडपोजिट हुने नोबल धातु-आधारित सामग्रीहरूको प्रयोग हो। यद्यपि, यो दृष्टिकोण यसको सीमितता बिना छैन। जम्मा गरिएका सक्रिय सामग्रीहरू बीचको पहुँचयोग्य ठाउँलाई ठीकसँग नियन्त्रण गर्न गाह्रो छ र, यसैले, उत्प्रेरक रूपमा सक्रिय साइटहरूमा सब्सट्रेटको पहुँचको कारणले बढ्दो फिल्म मोटाईको साथ इलेक्ट्रोड प्रदर्शन घट्छ। थप रूपमा, विधिको जटिलता र उच्च लागतले यसको व्यावहारिक अनुप्रयोगलाई धेरै बाधा पुर्‍याउँछ। तसर्थ, लागत-प्रभावी निर्माण प्रविधिको विकासत्रि-आयामी (3D) इलेक्ट्रोडसफल इलेक्ट्रोकेमिकल अनुप्रयोगहरूको लागि आवश्यक छ।

झरझरा संरचनाहरू र उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्रहरूको साथ नयाँ तीन-आयामी धातु सामग्रीहरूको विकासले आयन प्रसार लम्बाइ घटाउन र आयनिक र इलेक्ट्रोनिक चालकता बढाउने सम्भावनाको कारणले पर्याप्त ध्यान आकर्षित गरेको छ। तसर्थ, इलेक्ट्रोकाटालिस्ट डिजाइनको लागि एक आशाजनक दिशा उत्प्रेरक वाहकहरूको नानोस्ट्रक्चर्ड कम्पोजिट सिर्जना गर्न विभिन्न संरचनात्मक आयामहरू संयोजन गर्नु हो जसले उच्च चालकता, ठूलो सतह क्षेत्र र उच्च स्थिरता प्रदान गर्दछ।निकल फोम(NF), एक व्यावसायिक रूपमा उपलब्ध र सस्तो सामग्री, यसको वांछनीय त्रि-आयामी खुला-छिद्र संरचना, उच्च विद्युत चालकता, र ठूलो विशिष्ट सतह क्षेत्रको कारण इलेक्ट्रोड सामग्रीको लागि सब्सट्रेट र वाहकको रूपमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ। NFs भित्रका च्यानलहरूले राम्रो जन स्थानान्तरण र प्रति एकाइ क्षेत्र ठूलो सतह क्षेत्र पनि प्रदान गर्दछ। विभिन्न धातु फोमहरू, जालहरू, पन्नीहरू र कपडाहरू सहित विभिन्न सब्सट्रेटहरू, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू, सुपर क्यापेसिटरहरू, सौर्य कक्षहरू र पानी विभाजन जस्ता इलेक्ट्रोकेमिकल अनुप्रयोगहरूका लागि सङ्कलकहरूको रूपमा अन्वेषण गरिएको छ। विशेष गरी, झरझरा NFs ले उनीहरूको कम लागत, विद्युतीय चालकता, र ठूलो इलेक्ट्रोएक्टिभ सतह क्षेत्रको कारण ध्यान आकर्षित गरेको छ, जुन उत्प्रेरकहरू लोड गर्न र इलेक्ट्रोकेमिकल सक्रिय साइटहरू बढाउनको लागि आदर्श हो। थप रूपमा, झरझरा NFs ले इलेक्ट्रोलाइट्सको जन ट्राफिक बृद्धि गर्नका लागि फाइदाहरू छन्, तिनीहरूलाई ऊर्जा अनुप्रयोगहरूमा उच्च सतह क्षेत्र वर्तमान कलेक्टरहरूको लागि उपयुक्त उम्मेद्वारहरू बनाउँदछ। निकल फोममा सक्रिय सामग्रीको प्रत्यक्ष वृद्धिले पानी क्र्याकिंग प्रतिक्रियाहरूमा कुशल इलेक्ट्रोन स्थानान्तरणको लागि उत्प्रेरक-सब्सट्रेट सम्पर्कलाई पनि बढाउँछ। सुपर क्यापेसिटर र ब्याट्री इलेक्ट्रोडहरू NF हरूका लागि मुख्य अनुप्रयोगहरू रहँदा, भर्खरैका अध्ययनहरूले देखाएको छ कि यस सामग्रीमा जम्मा गरिएका इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूमा Ni foils र नेटहरू भन्दा उच्च OER गतिविधि हुन्छ। यी सामग्रीहरू या त तिनीहरूको प्राकृतिक रूपमा लागू गर्न सकिन्छ वा सक्रिय सामग्रीहरूसँग सजाइएको छ, र फोमहरू सङ्कलनकर्ता र समर्थन सब्सट्रेटहरू दुवै रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यसैले, एनएफ सब्सट्रेटहरूमा नानोस्ट्रक्चर गरिएको, पृथ्वी-धनी उत्प्रेरक सामग्रीको बृद्धिले ऊर्जा भण्डारण/रूपान्तरण उपकरणहरूको लागि उन्नत इलेक्ट्रोड सामग्रीको विकासको लागि प्रतिज्ञा गर्दछ। यद्यपि निकल फोममा सिधै उब्जिएका पृथ्वी-धनी इलेक्ट्रोकाटलिस्टहरू सामान्यतया उपलब्ध छन्, OERs र HERs को लागि निकल फोममा तीन-आयामी इलेक्ट्रोडहरू व्यापक रूपमा अनुसन्धान गरिएको छैन, यद्यपि तिनीहरू कम लागत र निर्माण गर्न सजिलो छ।