nature.com ত যোৱাৰ বাবে ধন্যবাদ। আপুনি ব্যৱহাৰ কৰা ব্ৰাউজাৰ সংস্কৰণৰ CSS সমৰ্থন সীমিত। সৰ্বোত্তম অভিজ্ঞতাৰ বাবে, আমি এটা নতুন ব্ৰাউজাৰ ব্যৱহাৰ কৰাৰ পৰামৰ্শ দিওঁ (বা Internet Explorer ত সামঞ্জস্যতা ধৰণ নিষ্ক্ৰিয় কৰা)। ইয়াৰ মাজতে, অবিৰত সমৰ্থন নিশ্চিত কৰিবলৈ, আমি চাইটটো শৈলী আৰু জাভাস্ক্রিপ্ট অবিহনে প্ৰদৰ্শন কৰিম।
CA তেলৰ পৰা (চাইক্লোহেক্সানন আৰু চাইক্ল’হেক্সানলৰ মিশ্ৰণ) এডিপিক এচিড (নাইলন ৬৬ৰ পূৰ্বসূৰী)ৰ বিদ্যুৎ সংশ্লেষণ হৈছে এক বহনক্ষম কৌশল যিয়ে কঠোৰ পৰিস্থিতিৰ প্ৰয়োজন হোৱা পৰম্পৰাগত পদ্ধতিৰ ঠাই ল’ব পাৰে। কিন্তু কম বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব আৰু প্ৰতিযোগী অক্সিজেন বিৱৰ্তন বিক্ৰিয়াই ইয়াৰ ঔদ্যোগিক প্ৰয়োগ যথেষ্ট সীমিত কৰে। এই কামত আমি ভেনাডিয়ামৰ সৈতে নিকেল ডাবল হাইড্ৰ'ক্সাইড পৰিৱৰ্তন কৰি বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধি কৰি বহল সম্ভাৱ্য পৰিসৰত (১.৫–১.৯ ভি বনাম উলটিব পৰা হাইড্ৰ'জেন ইলেক্ট্ৰ'ড) উচ্চ ফেৰাডেইক কাৰ্যক্ষমতা (>৮০%) বজাই ৰাখোঁ। পৰীক্ষামূলক আৰু তাত্ত্বিক অধ্যয়নে ভি পৰিৱৰ্তনৰ দুটা মূল ভূমিকা উন্মোচন কৰে, য'ত ত্বৰান্বিত অনুঘটক পুনৰ্গঠন আৰু উন্নত চাইক্ল'হেক্সানন শোষণ অন্তৰ্ভুক্ত। ধাৰণাটোৰ প্ৰমাণ হিচাপে আমি এটা মেমব্ৰেন-ইলেক্ট্ৰড সমাবেশ নিৰ্মাণ কৰিলোঁ যিয়ে ঔদ্যোগিকভাৱে প্ৰাসংগিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব (৩০০ mA cm-2)ত উচ্চ ফেৰাডেইক কাৰ্যক্ষমতা (৮২%) আৰু উৎপাদনশীলতা (১৫৩৬ μmol cm-2 h-1)ৰ সৈতে এডিপিক এচিড উৎপাদন কৰিছিল, একে সময়তে স্থিৰতা >৫০ ঘন্টা লাভ কৰিছিল। এই কামে উচ্চ উৎপাদনশীলতা আৰু ঔদ্যোগিক সম্ভাৱনাৰ সৈতে এডিপিক এচিডৰ বিদ্যুৎ সংশ্লেষণৰ বাবে এক কাৰ্যক্ষম অনুঘটক প্ৰদৰ্শন কৰে।
এডিপিক এচিড (AA) হৈছে অন্যতম গুৰুত্বপূৰ্ণ এলিফেটিক ডাইকাৰ্বক্সিলিক এচিড আৰু ইয়াক প্ৰধানকৈ নাইলন ৬৬ আৰু অন্যান্য পলিএমাইড বা পলিমাৰ1 উৎপাদনত ব্যৱহাৰ কৰা হয়। ঔদ্যোগিকভাৱে ৫০–৬০ ভলিউম% নাইট্ৰিক এচিড অক্সিডাইজিং এজেণ্ট হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰি চাইক্ল’হেক্সানল আৰু চাইক্ল’হেক্সানন (অৰ্থাৎ এ এ তেল)ৰ মিশ্ৰণক অক্সিডাইজ কৰি এ এ সংশ্লেষণ কৰা হয়। এই প্ৰক্ৰিয়াত সেউজ গৃহ গেছ হিচাপে ঘন নাইট্ৰিক এচিড আৰু নাইট্ৰজেন অক্সাইড (N2O আৰু NOx) নিৰ্গমনৰ সৈতে জড়িত পৰিৱেশৰ চিন্তা আছে2,3। যদিও H2O2ক বিকল্প সেউজ অক্সিডাইজিং এজেণ্ট হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি, ইয়াৰ উচ্চ খৰচ আৰু কঠোৰ সংশ্লেষণৰ পৰিস্থিতিয়ে ইয়াক ব্যৱহাৰিকভাৱে প্ৰয়োগ কৰাটো কঠিন কৰি তোলে, আৰু অধিক খৰচী আৰু বহনক্ষম পদ্ধতিৰ প্ৰয়োজন হয়4,5,6।
যোৱা দশকত নবীকৰণযোগ্য শক্তি ব্যৱহাৰ কৰা আৰু মৃদু পৰিস্থিতিত (যেনে, কোঠাৰ উষ্ণতা আৰু পৰিৱেশৰ চাপ) কাম কৰাৰ সুবিধাৰ বাবে ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক ৰাসায়নিক আৰু ইন্ধন সংশ্লেষণ পদ্ধতিয়ে বিজ্ঞানীসকলৰ দৃষ্টি আকৰ্ষণ কৰিছে।7,8,9,10। এই ক্ষেত্ৰত ওপৰৰ সুবিধাসমূহ লাভ কৰাৰ লগতে প্ৰচলিত উৎপাদনত সন্মুখীন হোৱা নাইট্ৰিক এচিড আৰু নাইট্ৰাছ অক্সাইডৰ নিৰ্গমনৰ ব্যৱহাৰ দূৰ কৰিবলৈ কে এ তেলৰ ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক ৰূপান্তৰৰ বিকাশ অতি গুৰুত্বপূৰ্ণ (চিত্ৰ ১ক)। পেট্ৰ'ছিয়ান আৰু অন্যান্যই অগ্ৰণী কাম কৰিছিল, যিয়ে নিকেল অক্সিহাইড্ৰ'ক্সাইড (NiOOH)ৰ ওপৰত চাইক্ল'হেক্সানন (COR; চাইক্ল'হেক্সানন বা চাইক্ল'হেক্সানল)ৰ ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক অক্সিডেচন বিক্ৰিয়াৰ বিষয়ে সাধাৰণতে কেএ তেলক প্ৰতিনিধিত্ব কৰা বুলি অধ্যয়ন কৰা হৈছে, কিন্তু কম বিদ্যুৎ অনুঘটকীয় অক্সিডেচন বিক্ৰিয়াৰ বিষয়ে ৰিপ'ৰ্ট কৰিছিল, কিন্তু কম বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব (6 mA cm-2) আৰু মধ্যমীয়া AA উৎপাদন (52%) আছিল লাভ কৰা হৈছে১১,১২। তেতিয়াৰ পৰাই চি অ’ আৰ কাৰ্য্যকলাপ বৃদ্ধিৰ বাবে নিকেল ভিত্তিক অনুঘটকৰ বিকাশৰ ক্ষেত্ৰত যথেষ্ট অগ্ৰগতি লাভ কৰা হৈছে। উদাহৰণস্বৰূপে, চাইক্ল’হেক্সানল13 ত Cα–Cβ বিভাজনক প্ৰসাৰিত কৰিবলৈ তাম-ডপ কৰা নিকেল হাইড্ৰ’ক্সাইড (Cu-Ni(OH)2) অনুঘটক সংশ্লেষণ কৰা হৈছিল। শেহতীয়াকৈ আমি ছডিয়াম ড’ডেচাইল ছালফনেট (SDS)ৰ সৈতে পৰিৱৰ্তিত Ni(OH)2 অনুঘটকৰ ৰিপ’ৰ্ট দিছো যাতে চাইক্ল’হেক্সানন14 সমৃদ্ধ কৰা হাইড্ৰ’ফ’বিক মাইক্ৰ’পৰিৱেশ সৃষ্টি হয়।
a KA তেলৰ ইলেক্ট্ৰ'অক্সিডেচনৰ দ্বাৰা AA উৎপাদনৰ প্ৰত্যাহ্বান। b পূৰ্বতে ৰিপৰ্ট কৰা Ni-ভিত্তিক অনুঘটকৰ ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক COR আৰু তিনিটা ইলেক্ট্ৰ'ড ব্যৱস্থা আৰু ফ্ল' বেটাৰী ব্যৱস্থাত আমাৰ অনুঘটকৰ তুলনা11,13,14,16,26। বিক্ৰিয়াৰ প্ৰাচল আৰু বিক্ৰিয়াৰ কাৰ্য্যক্ষমতাৰ বিষয়ে বিশদ তথ্য পৰিপূৰক সূচী ১ আৰু ২ত দিয়া হৈছে। c H-চেল ৰিয়েক্টৰ আৰু MEA ত CORৰ বাবে আমাৰ NiV-LDH-NS অনুঘটকৰ অনুঘটকীয় কাৰ্য্যক্ষমতা, যিবোৰে বিস্তৃত সম্ভাৱ্য পৰিসৰত কাম কৰে।
যদিও ওপৰৰ পদ্ধতিসমূহে COR কাৰ্য্যকলাপ উন্নত কৰিছিল, বৰ্ণনা কৰা Ni-ভিত্তিক অনুঘটকসমূহে তুলনামূলকভাৱে কম বিভৱতহে উচ্চ AA Faraday কাৰ্যক্ষমতা (FE) (>80%) দেখুৱাইছিল, সাধাৰণতে উলটিব পৰা হাইড্ৰজেন ইলেক্ট্ৰ'ড (RHE, সংক্ষিপ্তভাৱে VRHE)ৰ তুলনাত 1.6 V তকৈ কম। এইদৰে, AA ৰ ৰিপৰ্ট কৰা আংশিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব (অৰ্থাৎ, মুঠ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বক FE ৰে গুণ কৰা) সদায় 60 mA cm−2 ৰ তলত থাকে (চিত্ৰ 1b আৰু পৰিপূৰক সূচী 1)। কম বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব ঔদ্যোগিক প্ৰয়োজনীয়তাৰ বহু তলত (>200 mA cm−2)15, যিয়ে উচ্চ-থ্ৰুপুট এ এ সংশ্লেষণৰ বাবে ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক প্ৰযুক্তিত যথেষ্ট বাধাৰ সৃষ্টি কৰে (চিত্ৰ 1a; ওপৰত)। বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধি কৰিবলৈ অধিক ধনাত্মক বিভৱ (তিনি ইলেক্ট্ৰ'ড ব্যৱস্থাৰ বাবে) বা অধিক কোষ ভল্টেজ (দুটা ইলেক্ট্ৰ'ড ব্যৱস্থাৰ বাবে) প্ৰয়োগ কৰিব পাৰি, যিটো বহুতো বিদ্যুৎ অনুঘটকীয় ৰূপান্তৰৰ বাবে এটা সহজ পদ্ধতি, বিশেষকৈ অক্সিজেন বিৱৰ্তন বিক্ৰিয়া (OER)। কিন্তু উচ্চ এনোডিক বিভৱত চি অ’ আৰৰ বাবে অ’ ই আৰ এ এৰ এফ ই হ্ৰাস কৰাত এক প্ৰধান প্ৰতিযোগী হ’ব পাৰে, যাৰ ফলত শক্তিৰ কাৰ্যক্ষমতা হ্ৰাস পায় (চিত্ৰ ১ক; তলত)। উদাহৰণস্বৰূপে, পূৰ্বৰ অগ্ৰগতি পৰ্যালোচনা কৰি (চিত্ৰ ১b আৰু পৰিপূৰক সূচী ১) আমি দেখি হতাশ হৈছিলো যে SDS-পৰিৱৰ্তিত Ni(OH)2 ৰ ওপৰত AA ৰ FE প্ৰয়োগ কৰা সম্ভাৱনা ১.৫ VRHE ৰ পৰা ১.৭ VRHE14 লৈ বৃদ্ধি পোৱাৰ লগে লগে ৯৩%ৰ পৰা ৭৬% লৈ হ্ৰাস পাইছিল, আনহাতে CuxNi1-x(OH)2/CF ত AA ৰ FE হ্ৰাস পাইছিল ৯৩%ৰ পৰা ৬৯%লৈ সম্ভাৱনা ১.৫২ ভি আৰ এইচ ইৰ পৰা ১.৬২ ভি আৰ এইচ ই১৬লৈ বৃদ্ধি কৰি। এইদৰে, উচ্চ বিভৱত এ এৰ ৰিপৰ্ট কৰা আংশিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব সমানুপাতিকভাৱে বৃদ্ধি নহয়, যিয়ে এ এৰ কাৰ্য্যক্ষমতাৰ উন্নতি বহুলাংশে সীমিত কৰে, এ এৰ কম এফ ইৰ বাবে উচ্চ শক্তি খৰচৰ কথা নকওঁৱেই। নিকেল ভিত্তিক অনুঘটকৰ উপৰিও কোবাল্ট ভিত্তিক অনুঘটকেও COR17,18,19 ত অনুঘটকীয় কাৰ্য্যকলাপ দেখুৱাইছে। কিন্তু অধিক বিভৱত ইহঁতৰ কাৰ্যক্ষমতা হ্ৰাস পায় আৰু Ni ভিত্তিক অনুঘটকৰ তুলনাত ঔদ্যোগিক প্ৰয়োগত ইহঁতৰ সম্ভাৱনা অধিক সীমাবদ্ধতা থাকে, যেনে অধিক মূল্যৰ উঠা-নমা আৰু সৰু তথ্য। গতিকে উচ্চ AA উৎপাদন লাভ কৰাটো ব্যৱহাৰিক কৰি তুলিবলৈ COR ত উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহ ঘনত্ব আৰু FE থকা Ni ভিত্তিক অনুঘটক প্ৰস্তুত কৰাটো বাঞ্ছনীয়।
এই কামত আমি ভেনাডিয়াম (V)-পৰিৱৰ্তিত নিকেল স্তৰযুক্ত ডাবল হাইড্ৰ'ক্সাইড নেন'শ্বীট (NiV-LDH-NS) COR মাধ্যমেৰে AA উৎপাদনৰ বাবে দক্ষ ইলেক্ট্ৰ'কেটালিষ্ট হিচাপে ৰিপ'ৰ্ট, যি যথেষ্ট দমন OER ৰ সৈতে এক বিস্তৃত সম্ভাৱ্য পৰিসৰত কাম কৰে, H-কোষ আৰু মেমব্ৰেন ইলেক্ট্ৰ'ড সমাবেশ (MEAs; চিত্ৰ 1 খ) উভয়তে উচ্চ FE আৰু বিদ্যুৎ প্ৰবাহ ঘনত্ব অৰ্জন কৰে। আমি প্ৰথমে দেখুৱাওঁ যে এটা সাধাৰণ Ni(OH)2 নেন’শ্বীট অনুঘটক (Ni(OH)2-NS)ৰ ওপৰত এচিটাইলিন অক্সিডেচন কাৰ্যক্ষমতা আশা কৰা মতে, অধিক বিভৱত, ১.৫ ভি আৰ এইচ ইত ৮০%ৰ পৰা ১.৯ ভি আৰ এইচ ইত ৪২%লৈ হ্ৰাস পায়। ইয়াৰ বিপৰীতে Ni(OH)2ক V ৰ সৈতে পৰিৱৰ্তন কৰাৰ পিছত NiV-LDH-NS এ এটা নিৰ্দিষ্ট বিভৱত অধিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব প্ৰদৰ্শন কৰে আৰু তাতোকৈ গুৰুত্বপূৰ্ণ কথাটো হ'ল, বহল বিভৱৰ পৰিসৰত উচ্চ FE বজাই ৰাখে। উদাহৰণস্বৰূপে, ১.৯ VRHE ত ই ১৭০ mA cm−2 আৰু FE ৰ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব ৮৩% দেখুৱাইছিল, যিটো তিনিটা ইলেক্ট্ৰ'ড ব্যৱস্থাত CORৰ বাবে অধিক অনুকূল অনুঘটক (চিত্ৰ ১c আৰু পৰিপূৰক সূচী ১)। পৰীক্ষামূলক আৰু তাত্ত্বিক তথ্যই ইংগিত দিয়ে যে V পৰিৱৰ্তনে Ni(OH)2ৰ পৰা উচ্চ-ভ্যালেণ্ট Ni অক্সিহাইড্ৰ'ক্সাইড (Ni3+xOOH1-x)লৈ হ্ৰাস গতিবিদ্যাক প্ৰসাৰিত কৰে, যিয়ে CORৰ বাবে সক্ৰিয় পৰ্যায় হিচাপে কাম কৰে। তদুপৰি, V পৰিৱৰ্তনে অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত চাইক্লোহেক্সাননৰ শোষণ বৃদ্ধি কৰিছিল, যিয়ে উচ্চ এনোডিক বিভৱত OER দমন কৰাত মূল ভূমিকা পালন কৰিছিল। 1b আৰু পৰিপূৰক সূচী 2) ঔদ্যোগিকভাৱে প্ৰাসংগিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহ ঘনত্ব (300 mA cm−2) ত AA (82%) ৰ FE দেখুৱালোঁ, যিটো মেমব্ৰেন ফ্ল' ৰিয়েক্টৰত আমাৰ পূৰ্বৰ ফলাফলতকৈ যথেষ্ট বেছি। AA ৰ সংশ্লিষ্ট উৎপাদন (1536 μmol cm−2 h−1) তাপ অনুঘটক প্ৰক্ৰিয়া (<30 mmol gcatalyst−1 h−1)4 ব্যৱহাৰ কৰি পোৱাতকৈও বেছি আছিল। তদুপৰি, অনুঘটকটোৱে MEA ব্যৱহাৰ কৰাৰ সময়ত ভাল স্থিৰতা দেখুৱাইছিল, FE >80% AA 200 mA cm−2 ত 60 ঘন্টা আৰু FE >70% AA 58 ঘন্টা ধৰি 300 mA cm−2 ত ৰাখিছিল। শেষত, এটা প্ৰাৰম্ভিক সম্ভাৱ্যতা অধ্যয়ন (FEA) এ এ এ উৎপাদনৰ বাবে ইলেক্ট্ৰ’কেটালাইটিক কৌশলৰ খৰচ-বহনক্ষমতা প্ৰদৰ্শন কৰে।
পূৰ্বৰ সাহিত্য অনুসৰি Ni(OH)2 হৈছে এটা সাধাৰণ অনুঘটক যিয়ে CORৰ বাবে ভাল কাৰ্য্যকলাপ দেখুৱায়, গতিকে Ni(OH)2-NS13,14 প্ৰথমবাৰৰ বাবে সহবৃষ্টি পদ্ধতিৰ জৰিয়তে সংশ্লেষণ কৰা হৈছিল। নমুনাবোৰে β-Ni(OH)2 গঠন দেখুৱাইছিল, যিটো এক্স-ৰে বিবৰ্তন (XRD; চিত্ৰ. 2a) দ্বাৰা নিশ্চিত কৰা হৈছিল, আৰু অতি পাতল nanosheets (বেধ: 2-3 nm, পাৰ্শ্বীয় আকাৰ: 20-50 nm) উচ্চ-ৰিজ'লিউচন সংবহন ইলেক্ট্ৰন মাইক্ৰস্কোপি (HRTEM; পৰিপূৰক চিত্ৰ. 1) আৰু পাৰমাণৱিক বল মাইক্ৰস্কোপি (AFM) জোখৰ দ্বাৰা পৰ্যবেক্ষণ কৰা হৈছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ২)। নেন’শ্বীটবোৰৰ অতি পাতল প্ৰকৃতিৰ বাবেও একত্ৰিত হোৱা দেখা গৈছিল।
Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ এক্স-ৰে বিবৰ্তন আৰ্হি। বিভিন্ন বিভৱত b Ni(OH)2-NS আৰু c NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত FE, থ্ৰুপুট, আৰু AA কাৰেণ্ট ঘনত্ব। ভুল বাৰে একেটা অনুঘটক ব্যৱহাৰ কৰি তিনিটা স্বতন্ত্ৰ জোখৰ মানক বিচ্যুতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। d NV-LDH-NS ৰ HRTEM ছবি। স্কেল বাৰ: ২০ এন.এম. NiV-LDH-NS ৰ HAADF-STEM ছবি আৰু Ni (সেউজীয়া), V (হালধীয়া), আৰু O (নীলা)ৰ বিতৰণ দেখুওৱা সংশ্লিষ্ট মৌলিক মানচিত্ৰ। স্কেল বাৰ: ১০০ এন.এম. f Ni 2p3/2, g O 1 s, আৰু h V 2p3/2 Ni(OH)2-NS (ওপৰত) আৰু NiV-LDH-NS (তলত)ৰ XPS তথ্য। i FE আৰু j হৈছে ৭ চক্ৰৰ ভিতৰত অনুঘটক দুটাৰ ওপৰত AA কাৰ্য্যক্ষমতা। ভুল বাৰে একেটা অনুঘটক ব্যৱহাৰ কৰি তিনিটা স্বতন্ত্ৰ জোখৰ মানক বিচ্যুতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে আৰু ই ১০%ৰ ভিতৰত থাকে। a–c আৰু f–j ৰ বাবে কেঁচা তথ্য কেঁচা তথ্য ফাইলসমূহত প্ৰদান কৰা হয়।
তাৰ পিছত আমি COR ৰ ওপৰত Ni(OH)2-NS ৰ প্ৰভাৱৰ মূল্যায়ন কৰিলোঁ। স্থিৰ বিভৱ ইলেক্ট্ৰ'লাইছিছ ব্যৱহাৰ কৰি আমি OER অবিহনে কম বিভৱত (১.৫ VRHE) AA ৰ ৮০% FE লাভ কৰিলোঁ (চিত্ৰ ২b), ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে কম এনোডিক বিভৱত OERতকৈ COR শক্তিশালীভাৱে অধিক অনুকূল। মূল উপ-উৎপাদনটো হ’ল গ্লুটাৰিক এচিড (GA) যাৰ FE ৩%। ছাক্সিনিক এচিড (SA), মেলনিক এচিড (MA), আৰু অক্সালিক এচিড (OA)ৰ অলপ পৰিমাণৰ উপস্থিতিও এইচ পি এল চিৰ দ্বাৰা পৰিমাণীকৰণ কৰা হৈছিল (উৎপাদন বিতৰণৰ বাবে পৰিপূৰক চিত্ৰ ৩ চাওক)। এই পদাৰ্থটোত কোনো ফৰ্মিক এচিড ধৰা পৰা নাছিল, যাৰ পৰা অনুমান কৰিব পাৰি যে কাৰ্বনেট C1 উপ-উৎপাদন হিচাপে গঠন হ’ব পাৰে। এই ধাৰণাটো পৰীক্ষা কৰিবলৈ ০.৪ এম চাইক্ল’হেক্সাননৰ সম্পূৰ্ণ ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছৰ পৰা পোৱা ইলেক্ট্ৰ’লাইটক এচিডিকৰণ কৰা হৈছিল আৰু গেছীয় উৎপাদিত পদাৰ্থবোৰ Ca(OH)2 দ্ৰৱৰ মাজেৰে পাৰ কৰা হৈছিল। ফলত দ্ৰৱটো ঘোলা হৈ পৰিল, যাৰ ফলত ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছৰ পিছত কাৰ্বনেট গঠন হোৱাটো নিশ্চিত হয়। কিন্তু বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত উৎপন্ন হোৱা মুঠ বিদ্যুৎ কম হোৱাৰ বাবে (চিত্ৰ ২খ, গ) কাৰ্বনেটৰ ঘনত্ব কম আৰু পৰিমাণ নিৰ্ণয় কৰাটো কঠিন। ইয়াৰ উপৰিও অন্যান্য C2-C5 সামগ্ৰীও গঠন হ’ব পাৰে, কিন্তু ইয়াৰ পৰিমাণ পৰিমাণীকৰণ কৰিব নোৱাৰি। যদিও মুঠ উৎপাদনৰ পৰিমাণ পৰিমাণীকৰণ কৰাটো কঠিন, মুঠ বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক সমতুল্যৰ ৯০% য়ে ইংগিত দিয়ে যে বেছিভাগ বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক প্ৰক্ৰিয়া চিনাক্ত কৰা হৈছে, যিয়ে আমাৰ যান্ত্ৰিক বুজাবুজিৰ ভিত্তি প্ৰদান কৰে। কম বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব (২০ mA cm−2)ৰ বাবে AA ৰ উৎপাদন 97 μmol cm−2 h−1 (চিত্ৰ 2b) আছিল, যিটো অনুঘটকৰ ভৰ বোজাৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি 19 mmol h−1 g−1 ৰ সমতুল্য (5 mg cm−2), যিটো তাপ অনুঘটকীয় উৎপাদনশীলতাতকৈ কম (~30 mmol h−1 g−1)1। যেতিয়া প্ৰয়োগ কৰা বিভৱ ১.৫ৰ পৰা ১.৯ ভি আৰ এইচ ইলৈ বৃদ্ধি পায়, যদিও সামগ্ৰিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় (২০ৰ পৰা ১১৪ মিলি এ চে.মি.−২), একে সময়তে এ এ এফ ইৰ যথেষ্ট হ্ৰাস দেখা যায়, ৮০%ৰ পৰা ৪২%লৈ। অধিক ধনাত্মক সম্ভাৱনাত FE হ্ৰাস পোৱাৰ মূল কাৰণ হৈছে OER ৰ বাবে প্ৰতিযোগিতা। বিশেষকৈ ১.৭ ভি আৰ এইচ ইত অ’ ই আৰ প্ৰতিযোগিতাই এ এ এফ ই যথেষ্ট হ্ৰাস কৰে, যাৰ ফলত সামগ্ৰিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধিৰ লগে লগে এ এৰ প্ৰদৰ্শন সামান্য হ্ৰাস পায়। এইদৰে, যদিও AA ৰ আংশিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব ১৬ৰ পৰা ৪৮ mA cm−2 লৈ বৃদ্ধি পায় আৰু AA উৎপাদনশীলতা বৃদ্ধি পায় (৯৭ৰ পৰা ২৯৮ μmol cm−2 h−1), বৃহৎ পৰিমাণৰ অতিৰিক্ত শক্তি খৰচ হয় (২.৫ W h gAA−1 ১.৫ৰ পৰা ১.৯ VRHEলৈ অধিক), যাৰ ফলত কাৰ্বন নিৰ্গমন ২.৭ g CO2 বৃদ্ধি পায় gAA−1 (গণনাৰ বিৱৰণ পৰিপূৰক টোকা ১ ত দিয়া হৈছে)। উচ্চ এনোডিক বিভৱত চিঅ'আৰ বিক্ৰিয়াৰ প্ৰতিযোগী হিচাপে পূৰ্বে উল্লেখ কৰা অ'ইআৰ পূৰ্বৰ প্ৰতিবেদনৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ আৰু ই এএ ​​উৎপাদনশীলতা উন্নত কৰাৰ বাবে এক সাধাৰণ প্ৰত্যাহ্বানক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে14,17।
অধিক কাৰ্যক্ষম Ni(OH)2-NS-ভিত্তিক COR অনুঘটক বিকশিত কৰিবলৈ আমি প্ৰথমে সক্ৰিয় পৰ্যায়টো বিশ্লেষণ কৰিলোঁ। 473 চে.মি.-1 আৰু 553 চে.মি.-1 আমাৰ ইন চিটু ৰমন বৰ্ণালীবিজ্ঞান ফলাফল (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 4) শৃংগ পৰ্যবেক্ষণ, ক্ৰমে NiOOH ত Ni3+-O বান্ধনীৰ বেণ্ডিং আৰু ষ্ট্ৰেচিংৰ সৈতে মিল থকা। এইটো নথিভুক্ত কৰা হৈছে যে NiOOH এনোডিক বিভৱত Ni(OH)2 হ্ৰাস আৰু Ni(OH)O সঞ্চয়ৰ ফল, আৰু মূলতঃ ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক অক্সিডেচনত সক্ৰিয় পৰ্যায়20,21। গতিকে আমি আশা কৰোঁ যে Ni(OH)2 ৰ NiOOH লৈ পৰ্যায় পুনৰ্গঠন প্ৰক্ৰিয়া ত্বৰান্বিত কৰিলে COR ৰ অনুঘটকীয় কাৰ্য্যকলাপ বৃদ্ধি পাব পাৰে।
আমি বিভিন্ন ধাতুৰ সৈতে Ni(OH)2 পৰিৱৰ্তন কৰিবলৈ চেষ্টা কৰিলোঁ কাৰণ দেখা গ'ল যে হেটেৰ'এটম পৰিৱৰ্তনে পৰিৱৰ্তন ধাতুৰ অক্সাইড/হাইড্ৰ'ক্সাইডত পৰ্যায় পুনৰ্গঠনক প্ৰসাৰিত কৰে22,23,24। Ni আৰু দ্বিতীয় ধাতুৰ পূৰ্বসূৰীৰ সহ-নিক্ষেপৰ দ্বাৰা নমুনাবোৰ সংশ্লেষণ কৰা হৈছিল। বিভিন্ন ধাতু-পৰিৱৰ্তিত নমুনাৰ ভিতৰত, V-পৰিৱৰ্তিত নমুনা (V:Ni পৰমাণু অনুপাত 1:8) (NiV-LDH-NS বুলি কোৱা হয়) COR (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 5) ত অধিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব আৰু তাতোকৈ গুৰুত্বপূৰ্ণ কথাটো হ'ল, বহল সম্ভাৱ্য উইণ্ড'ৰ ওপৰত উচ্চ AA FE দেখুৱাইছিল। বিশেষকৈ কম বিভৱত (১.৫ VRHE) NiV-LDH-NS ৰ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব Ni(OH)2-NS তকৈ ১.৯ গুণ বেছি আছিল (৩৯ বনাম ২০ mA cm−2), আৰু AA FE দুয়োটা অনুঘটকতে তুলনাযোগ্য আছিল (৮৩% বনাম ৮০%)। অধিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব আৰু একেধৰণৰ FE AA ৰ বাবে NiV-LDH-NS ৰ উৎপাদনশীলতা Ni(OH)2-NS তকৈ ২.১ গুণ বেছি (২০৪ বনাম ৯৭ μmol cm−2 h−1), যিয়ে কম বিভৱত বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বৰ ওপৰত V পৰিৱৰ্তনৰ প্ৰসাৰক প্ৰভাৱ প্ৰদৰ্শন কৰে (চিত্ৰ ২c)।
প্ৰয়োগ কৰা বিভৱ বৃদ্ধিৰ লগে লগে (যেনে, ১.৯ VRHE), NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব Ni(OH)2-NS তকৈ ১.৫ গুণ বেছি (১৭০ বনাম ১১৪ mA cm−2), আৰু বৃদ্ধি কম বিভৱৰ সৈতে একে (১.৯ গুণ বেছি)। উল্লেখযোগ্য যে NiV-LDH-NS এ উচ্চ AA FE (83%) ধৰি ৰাখিছিল আৰু OER যথেষ্ট দমন হৈছিল (O2 FE 4%; চিত্ৰ 2c), Ni(OH)2-NS আৰু পূৰ্বতে উচ্চ এনোডিক বিভৱত বহু কম AA FE থকা অনুঘটকসমূহক আউটপাৰ্ফৰ্ম কৰিছিল (পৰিপূৰক সূচী 1)। 1.9 VRHE ত 867 μmol cm−2 h−1 (174.3 mmol g−1 h−1 ৰ সমতুল্য) AA উৎপাদনৰ হাৰ পোৱা গৈছিল, যিয়ে ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক আৰু আনকি থাৰ্মোকেটালাইটিক ব্যৱস্থাতো অনুকূল প্ৰদৰ্শন প্ৰদৰ্শন কৰে যেতিয়া কাৰ্য্যকলাপৰ মুঠ ভৰ লোডিঙৰ দ্বাৰা স্বাভাৱিক কৰা হয় NiV-LDH-NS নমুনা (পৰিপূৰক চিত্ৰ ৬)।
V ৰ সৈতে Ni(OH)2 পৰিৱৰ্তন কৰাৰ পিছত বহল বিভৱ পৰিসৰত উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব আৰু উচ্চ FE বুজিবলৈ আমি NiV-LDH-NS ৰ গঠনৰ বৈশিষ্ট্য নিৰ্ণয় কৰিলোঁ। XRD ফলাফলত দেখা গ'ল যে V ৰ সৈতে পৰিৱৰ্তনে β-Ni(OH)2ৰ পৰা α-Ni(OH)2 লৈ পৰ্যায় পৰিৱৰ্তন ঘটায়, আৰু V-সম্পৰ্কীয় কোনো স্ফটিকীয় প্ৰজাতি ধৰা পৰা নাছিল (চিত্ৰ 2a)। HRTEM ফলাফলসমূহে দেখুৱাইছে যে NiV-LDH-NS এ অতিপাতল Ni(OH)2-NS নেন'শ্বীটৰ আকৃতি উত্তৰাধিকাৰী সূত্ৰে লাভ কৰে আৰু ইয়াৰ পাৰ্শ্বীয় মাত্ৰা একে (চিত্ৰ 2d)। 7 nm (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 7) জুখিব পৰা বেধৰ ফলত nanosheets এটা শক্তিশালী সংগ্ৰহ প্ৰৱণতা প্ৰকাশ, যি Ni(OH)2-NS (বেধ: 2-3 nm) তুলনাত ডাঙৰ. শক্তি-বিক্ষিপ্ত এক্স-ৰে বৰ্ণালীবিজ্ঞান (EDS) মেপিং বিশ্লেষণে (চিত্ৰ ২e) দেখুৱাইছে যে নেন’শ্বীটত V আৰু Ni মৌল ভালদৰে বিতৰণ কৰা হৈছে। V ৰ ইলেক্ট্ৰনিক গঠন আৰু Ni ৰ ওপৰত ইয়াৰ প্ৰভাৱ স্পষ্ট কৰিবলৈ আমি এক্স-ৰে ফটোইলেক্ট্ৰন স্পেকট্ৰস্কপি (XPS) ব্যৱহাৰ কৰিলোঁ (চিত্ৰ 2f–h)। Ni(OH)2-NS এ Ni2+ ৰ বৈশিষ্ট্যপূৰ্ণ স্পিন-অৰ্বিট শিখৰ প্ৰদৰ্শন কৰিছিল (মহিলাৰ শিখৰ 855.6 eV, উপগ্ৰহৰ শিখৰ 861.1 eV, চিত্ৰ 2f)25। Ni(OH)2-NS ৰ O 1 s XPS বৰ্ণালীক তিনিটা শিখৰত ভাগ কৰিব পাৰি, ইয়াৰে 529.9, 530.9 আৰু 532.8 eV ত থকা শিখৰবোৰ ক্ৰমে জালি অক্সিজেন (OL), হাইড্ৰক্সিল গোট (Ni-OH) আৰু পৃষ্ঠৰ দোষত শোষিত অক্সিজেন (OAds)ৰ বাবে দায়ী (চিত্ৰ ২ছ)২৬,২৭,২৮,২৯। V ৰ সৈতে পৰিৱৰ্তনৰ পিছত V 2p3/2 শিখৰ আবিৰ্ভাৱ হয়, যিটো ক্ৰমে 517.1 eV (V5+), 516.6 eV (V4+) আৰু 515.8 eV (V3+) ত অৱস্থিত তিনিটা শিখৰত বিভাজিত হ'ব পাৰে, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে গঠনত V প্ৰজাতিটো মূলতঃ উচ্চ অক্সিডেচন অৱস্থাত থাকে (চিত্ৰ 2h)25,30,31। ইয়াৰ উপৰিও Ni(OH)2-NS ৰ তুলনাত NiV-LDH-NS ত ৮৫৫.৪ eV ত Ni 2p শিখৰ ঋণাত্মকভাৱে স্থানান্তৰিত হৈছিল (প্ৰায় ০.২ eV), ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে ইলেক্ট্ৰন V ৰ পৰা Ni লৈ স্থানান্তৰিত হৈছিল। V পৰিৱৰ্তনৰ পিছত পৰ্যবেক্ষণ কৰা Ni ৰ তুলনামূলকভাৱে কম ভ্যালেন্স অৱস্থা Ni K-এজ এক্স-ৰে শোষণ নিয়াৰ-এজ স্পেকট্ৰস্কপি (XANES) ফলাফলৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ আছিল (অধিক বিৱৰণৰ বাবে তলৰ “V পৰিৱৰ্তনে অনুঘটক হ্ৰাসক প্ৰসাৰিত কৰে” অংশ চাওক)। 1 ঘন্টা COR চিকিৎসাৰ পিছত NiV-LDH-NS NiV-LDH-POST হিচাপে নিৰ্ধাৰণ কৰা হৈছিল আৰু ট্ৰেন্সমিছন ইলেক্ট্ৰন মাইক্ৰস্কোপি, EDS মেপিং, এক্স-ৰে বিবৰ্তন, ৰমন স্পেকট্ৰস্কপি, আৰু XPS জোখ (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 8 আৰু 9) ব্যৱহাৰ কৰি সম্পূৰ্ণৰূপে বৈশিষ্ট্যযুক্ত কৰা হৈছিল। অনুঘটকসমূহ অতিপাতল নেন'শ্বীট মৰ্ফ'লজীৰ সৈতে গোটা পদাৰ্থ হিচাপে থাকি গ'ল (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 8a–c)। ভি লিচিং আৰু অনুঘটক পুনৰ্গঠনৰ বাবে নমুনাৰ স্ফটিকীয়তা হ্ৰাস পায় আৰু ভিৰ পৰিমাণ হ্ৰাস পায় (পৰিপূৰক চিত্ৰ ৮d–f)। এক্সপিএছ বৰ্ণালীত ভি শিখৰৰ তীব্ৰতা হ্ৰাস পোৱা দেখা গৈছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ৯), যিটো ভি লিচিঙৰ বাবে দায়ী কৰা হৈছিল। তদুপৰি, O 1s বৰ্ণালী বিশ্লেষণ (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 9d) আৰু ইলেক্ট্ৰন পেৰামেগনেটিক অনুনাদ (EPR) জোখ (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 10) দেখুৱাইছে যে NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত অক্সিজেন খালীৰ পৰিমাণ ইলেক্ট্ৰ'লাইছিছৰ 1 ঘন্টা পিছত বৃদ্ধি পায়, যিয়ে Ni 2p বান্ধনি শক্তিৰ ঋণাত্মক পৰিৱৰ্তন ঘটাব পাৰে (অধিক জানিবলৈ পৰিপূৰক চিত্ৰ 9 আৰু 10 চাওক বিৱৰণ)২৬,২৭,৩২,৩৩। এইদৰে, NiV-LDH-NS এ COR ৰ ১ ঘণ্টাৰ পিছত সামান্য গাঁথনিগত পৰিৱৰ্তন দেখুৱাইছিল।
COR প্ৰসাৰত V ৰ গুৰুত্বপূৰ্ণ ভূমিকা নিশ্চিত কৰিবলৈ আমি একেটা সহবৃদ্ধি পদ্ধতিৰে 1:8 ৰ বাহিৰে বিভিন্ন V:Ni পাৰমাণৱিক অনুপাত (1:32, 1:16, আৰু 1:4, ক্ৰমে NiV-32, NiV-16, আৰু NiV-4 হিচাপে চিহ্নিত) থকা NiV-LDH অনুঘটক সংশ্লেষণ কৰিলোঁ। ইডিএছ মেপিঙৰ ফলাফলত দেখা গৈছে যে অনুঘটকত V:Ni পাৰমাণৱিক অনুপাত পূৰ্বসূৰীৰ ওচৰত (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১১a–e)। V পৰিৱৰ্তন বৃদ্ধিৰ লগে লগে V 2p বৰ্ণালীৰ তীব্ৰতা বৃদ্ধি পায়, আৰু Ni 2p অঞ্চলৰ বান্ধনি শক্তি অবিৰতভাৱে ঋণাত্মক দিশলৈ স্থানান্তৰিত হয় (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১২)। একে সময়তে ক্ৰমান্বয়ে অ’ এলৰ অনুপাত বৃদ্ধি পালে। অনুঘটকীয় পৰীক্ষাৰ ফলাফলত দেখা গৈছে যে নূন্যতম V পৰিৱৰ্তন (V:Ni পৰমাণু অনুপাত ১:৩২)ৰ পিছতো OER ফলপ্ৰসূভাৱে দমন কৰিব পাৰি, V পৰিৱৰ্তনৰ পিছত O2 FE ১.৮ VRHE ত ২৭%ৰ পৰা ১১%লৈ হ্ৰাস পায় (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১১f)। V:Ni অনুপাত ১:৩২ৰ পৰা ১:৮লৈ বৃদ্ধি হোৱাৰ লগে লগে অনুঘটকীয় কাৰ্য্যকলাপ বৃদ্ধি পায়। 1:4 ৰ V:Ni অনুপাত আৰু অধিক বৃদ্ধিৰ লগে লগে বৰ্তমানৰ ঘনত্ব হ্ৰাস পায়, যিটো আমি অনুমান কৰিছোঁ যে Ni সক্ৰিয় স্থানৰ ঘনত্ব হ্ৰাস পোৱাৰ বাবে (বিশেষকৈ NiOOH সক্ৰিয় পৰ্যায়; পৰিপূৰক চিত্ৰ 11f)। V পৰিৱৰ্তনৰ প্ৰসাৰক প্ৰভাৱ আৰু Ni সক্ৰিয় স্থান সংৰক্ষণৰ বাবে V:Ni অনুপাত ১:৮ থকা অনুঘটকটোৱে V:Ni অনুপাতৰ পৰীক্ষণ পৰীক্ষাত সৰ্বোচ্চ FE আৰু AA কাৰ্য্যক্ষমতা দেখুৱাইছিল। বিদ্যুৎ বিশ্লেষণৰ পিছত V:Ni অনুপাত স্থিৰ হৈ থাকে নে নাই সেইটো স্পষ্ট কৰিবলৈ ব্যৱহৃত অনুঘটকসমূহৰ গঠনৰ বৈশিষ্ট্য নিৰ্ণয় কৰা হৈছিল। ফলাফলত দেখা গৈছে যে প্ৰাৰম্ভিক V:Ni অনুপাত ১:১৬ৰ পৰা ১:৪লৈ থকা অনুঘটকৰ বাবে বিক্ৰিয়াৰ পিছত V:Ni অনুপাত প্ৰায় ১:২২ লৈ হ্ৰাস পায়, যিটো অনুঘটক পুনৰ্গঠনৰ বাবে V ৰ লিচিঙৰ বাবে হ'ব পাৰে (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১৩)। মন কৰিব যে তুলনামূলক AA FEs পৰ্যবেক্ষণ কৰা হৈছিল যেতিয়া প্ৰাৰম্ভিক V:Ni অনুপাত 1:16 (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 11f) সমান বা তাতকৈ অধিক আছিল, যিটো অনুঘটক পুনৰ্গঠনৰ দ্বাৰা ব্যাখ্যা কৰিব পাৰি যাৰ ফলত তুলনামূলক অনুঘটকীয় কাৰ্য্যক্ষমতা দেখুওৱা অনুঘটকসমূহত একেধৰণৰ V:Ni অনুপাত হয়।
COR কাৰ্য্যক্ষমতা বৃদ্ধিত V-পৰিৱৰ্তিত Ni(OH)2 ৰ গুৰুত্ব আৰু নিশ্চিত কৰিবলৈ আমি Ni(OH)2-NS পদাৰ্থত V প্ৰৱেশ কৰিবলৈ আন দুটা কৃত্ৰিম পদ্ধতি উদ্ভাৱন কৰিলোঁ। এটা হৈছে মিশ্ৰণ পদ্ধতি, আৰু নমুনাটোক NiV-MIX বুলি কোৱা হয়; আনটো হৈছে ক্ৰমিক স্পাটাৰিং পদ্ধতি, আৰু নমুনাটোক NiV-SP বুলি কোৱা হয়। সংশ্লেষণৰ বিৱৰণ পদ্ধতি অংশত দিয়া হৈছে। SEM-EDS মেপিঙে দেখুৱাইছে যে দুয়োটা নমুনাৰ Ni(OH)2-NS পৃষ্ঠত V সফলতাৰে পৰিৱৰ্তিত হৈছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১৪)। ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছৰ ফলাফলত দেখা গৈছে যে ১.৮ VRHE ত NiV-MIX আৰু NiV-SP ইলেক্ট্ৰ’ডত AA কাৰ্যক্ষমতা ক্ৰমে ৭৮% আৰু ৭৯%, দুয়োটাই Ni(OH)2-NS (৫১%)তকৈ অধিক কাৰ্যক্ষমতা দেখুৱাইছে। তদুপৰি, Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%) ৰ তুলনাত NiV-MIX আৰু NiV-SP ইলেক্ট্ৰ’ডত OER দমন কৰা হৈছিল (FE O2: ক্ৰমে 7% আৰু 2%)। এই ফলাফলসমূহে OER দমনৰ ওপৰত Ni(OH)2 ত V পৰিৱৰ্তনৰ ইতিবাচক প্ৰভাৱ নিশ্চিত কৰে (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 14)। কিন্তু অনুঘটকসমূহৰ স্থিৰতা আপোচ কৰা হৈছিল, যিটো সাতটা COR চক্ৰৰ পিছত NiV-MIX ত FE AA ৪৫% আৰু NiV-SP ত ৩৫% লৈ হ্ৰাস পোৱাৰ দ্বাৰা প্ৰতিফলিত হৈছিল, যাৰ অৰ্থ হৈছে V প্ৰজাতিসমূহক স্থিৰ কৰিবলৈ উপযুক্ত পদ্ধতি গ্ৰহণ কৰাৰ প্ৰয়োজনীয়তা, যেনে NiV-LDH-NS ত Ni(OH)2 জালিত V পৰিৱৰ্তন, যিটো ইয়াত মূল অনুঘটক কাম।
আমি CORক একাধিক চক্ৰৰ বলি কৰি Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ স্থিৰতাও মূল্যায়ন কৰিলোঁ। প্ৰতিটো চক্ৰত ১ ঘন্টা বিক্ৰিয়াটো কৰা হৈছিল আৰু প্ৰতিটো চক্ৰৰ পিছত ইলেক্ট্ৰ’লাইট সলনি কৰা হৈছিল। ৭ম চক্ৰৰ পিছত Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত FE আৰু AA ৰ কাৰ্য্যক্ষমতা ক্ৰমে ৫০% আৰু ৬০% হ্ৰাস পায়, আনহাতে OER বৃদ্ধি হোৱা দেখা গৈছিল (চিত্ৰ ২i, j)। প্ৰতিটো চক্ৰৰ পিছত আমি অনুঘটকৰ চক্ৰীয় ভল্টেমেট্ৰি (CV) বক্ৰ বিশ্লেষণ কৰি পৰ্যবেক্ষণ কৰিলোঁ যে Ni2+ ৰ অক্সিডেচন শিখৰ ক্ৰমান্বয়ে হ্ৰাস পায়, যিয়ে Ni ৰ ৰেডক্স ক্ষমতা হ্ৰাস পোৱাৰ ইংগিত দিয়ে (পৰিপূৰক চিত্ৰ 15a–c)। ইলেক্ট্ৰ'লাইছিছৰ সময়ত ইলেক্ট্ৰ'লাইটত Ni cation ঘনত্ব বৃদ্ধিৰ সৈতে (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 15d), আমি অনুঘটকৰ পৰা Ni লিচিংৰ বাবে পৰিৱেশন অৱক্ষয় (FE আৰু AA উৎপাদনশীলতা হ্ৰাস) দায়ী, যাৰ ফলত OER কাৰ্য্যকলাপ প্ৰদৰ্শন কৰা Ni ফেনযুক্ত ছাবষ্ট্ৰেটৰ অধিক উন্মোচন হয়। তাৰ বিপৰীতে NiV-LDH-NS-এ FE আৰু AA উৎপাদনশীলতাৰ হ্ৰাস ১০% লৈ লেহেমীয়া কৰে (চিত্ৰ ২i, j), ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে V পৰিৱৰ্তনে Ni লিচিং ফলপ্ৰসূভাৱে বাধা দিয়ে (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১৫d)। V পৰিৱৰ্তনৰ বৰ্ধিত স্থিৰতা বুজিবলৈ আমি তাত্ত্বিক গণনা কৰিলোঁ। পূৰ্বৰ সাহিত্য অনুসৰি34,35 অনুঘটকৰ সক্ৰিয় পৃষ্ঠত থকা ধাতুৰ পৰমাণুৰ বিধাতুবিহীন প্ৰক্ৰিয়াৰ এনথালপি পৰিৱৰ্তনক অনুঘটকৰ স্থিৰতা মূল্যায়ন কৰিবলৈ যুক্তিসংগত বৰ্ণনাকাৰী হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি। তেনেদৰে পুনৰ্গঠিত Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS (ক্ৰমে NiOOH আৰু NiVOOH)ৰ (100) পৃষ্ঠত Ni পৰমাণুৰ ডিমেটালাইজেচন প্ৰক্ৰিয়াৰ এনথালপি পৰিৱৰ্তন অনুমান কৰা হৈছিল (মডেল নিৰ্মাণৰ বিৱৰণ পৰিপূৰক টোকা 2 আৰু পৰিপূৰক চিত্ৰ 16 ত বৰ্ণনা কৰা হৈছে)। NiOOH আৰু NiVOOH ৰ পৰা Ni ৰ ডিমেটালাইজেচন প্ৰক্ৰিয়া চিত্ৰিত কৰা হৈছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১৭)। NiVOOH (0.0325 eV) ত Ni demetalization ৰ শক্তিৰ ব্যয় NiOOH (0.0005 eV) তকৈ বেছি, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে V পৰিৱৰ্তনে NiOOH ৰ স্থিৰতা বৃদ্ধি কৰে।
বিশেষকৈ উচ্চ এনোডিক বিভৱত NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত OER প্ৰতিৰোধক প্ৰভাৱ নিশ্চিত কৰিবলৈ বিভিন্ন নমুনাত বিভৱ-নিৰ্ভৰশীল O2 গঠনৰ অনুসন্ধান কৰিবলৈ ডিফাৰেন্সিয়েল ইলেক্ট্ৰ’কেমিকেল মাছ স্পেকট্ৰ’মেট্ৰি (DEMS) কৰা হৈছিল। ফলাফলত দেখা গ’ল যে চাইক্ল’হেক্সাননৰ অনুপস্থিতিত NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত O2 প্ৰাৰম্ভিক বিভৱ ১.৫৩ VRHE ত দেখা দিয়ে, যিটো Ni(OH)2-NS (১.৬২ VRHE) ৰ O2 তকৈ অলপ কম আছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১৮)। এই ফলাফলৰ পৰা অনুমান কৰিব পাৰি যে COR সময়ত NiV-LDH-NS ৰ OER নিষেধ ইয়াৰ অন্তৰ্নিহিত কম OER কাৰ্য্যকলাপৰ বাবে নহ'বও পাৰে, যিটো cyclohexanone অবিহনে Ni(OH)2-NS তকৈ NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত ৰৈখিক ছুইপ ভল্টেমেট্ৰি (LSV) বক্ৰত অলপ বেছি কাৰেণ্ট ঘনত্বৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 19)। চাইক্ল’হেক্সানন প্ৰৱৰ্তনৰ পিছত পলমকৈ হোৱা O2 বিৱৰ্তনে (সম্ভৱতঃ COR ৰ তাপগতিবিদ্যাৰ সুবিধাৰ বাবে) কম সম্ভাৱ্য অঞ্চলত AA ৰ উচ্চ FE ৰ ব্যাখ্যা কৰে। ইয়াতকৈও গুৰুত্বপূৰ্ণ কথাটো হ’ল, NiV-LDH-NS (1.73 VRHE) ৰ ওপৰত OER আৰম্ভণিৰ সম্ভাৱনা Ni(OH)2-NS (1.65 VRHE)তকৈ অধিক পলম হয়, যিটো অধিক ধনাত্মক বিভৱত NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত AA ৰ উচ্চ FE আৰু O2 ৰ কম FE ৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ (চিত্ৰ 2c)।
V পৰিৱৰ্তনৰ প্ৰসাৰক প্ৰভাৱ অধিক বুজিবলৈ আমি Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত OER আৰু COR বিক্ৰিয়া গতিবিদ্যা বিশ্লেষণ কৰিলোঁ, ইয়াৰ Tafel ঢাল জুখি। মন কৰিবলগীয়া যে টেফেল অঞ্চলত বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বৰ কাৰণ হৈছে এল এছ ভি পৰীক্ষাৰ সময়ত Ni2+ ৰ অক্সিডেচন কম বিভৱৰ পৰা উচ্চ বিভৱলৈ। COR Tafel ঢাল জোখাৰ ওপৰত Ni2+ অক্সিডেচনৰ প্ৰভাৱ হ্ৰাস কৰিবলৈ আমি প্ৰথমে 1.8 VRHE ত অনুঘটকটোক 10 মিনিটৰ বাবে অক্সিডাইজ কৰিলোঁ আৰু তাৰ পিছত ৰিভাৰ্ছ স্কেন মোডত LSV পৰীক্ষাসমূহ সম্পন্ন কৰিলোঁ, অৰ্থাৎ উচ্চ সম্ভাৱনাৰ পৰা কম সম্ভাৱনালৈ (পৰিপূৰক চিত্ৰ 20)। মূল LSV বক্ৰটো ১০০% iR ক্ষতিপূৰণেৰে সংশোধন কৰি টাফেল ঢাল পোৱা গৈছিল। cyclohexanone অনুপস্থিতিত, NiV-LDH-NS (41.6 mV dec−1) Tafel ঢাল Ni(OH)2-NS (65.5 mV dec−1) তুলনাত কম আছিল, ইংগিত যে OER গতিবিদ্যা V পৰিৱৰ্তন দ্বাৰা বৃদ্ধি কৰিব পৰা যাব (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 20c). তাৰ পিছত NiV-LDH-NS (37.3 mV dec−1) ৰ Tafel ঢাল Ni(OH)2-NS (127.4 mV dec−1)তকৈ কম আছিল, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে V পৰিৱৰ্তনে OER ৰ তুলনাত COR ৰ ওপৰত অধিক স্পষ্ট গতিশীল প্ৰভাৱ পেলাইছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ 20d)। এই ফলাফলসমূহে প্ৰকাশ কৰে যে যদিও V পৰিৱৰ্তনে কিছু পৰিমাণে OERক প্ৰসাৰিত কৰে, ই COR গতিবিদ্যাক যথেষ্ট ত্বৰান্বিত কৰে, যাৰ ফলত AA ৰ FE বৃদ্ধি পায়।
ওপৰৰ ভি পৰিৱৰ্তনৰ এফ ই আৰু এ এৰ কাৰ্য্যক্ষমতাৰ ওপৰত প্ৰসাৰিত প্ৰভাৱ বুজিবলৈ আমি ব্যৱস্থা অধ্যয়নৰ ওপৰত গুৰুত্ব দিলোঁ। পূৰ্বৰ কিছুমান প্ৰতিবেদনত দেখা গৈছে যে হেটেৰ'এটম পৰিৱৰ্তনে অনুঘটকৰ স্ফটিকীয়তা হ্ৰাস কৰিব পাৰে আৰু বিদ্যুৎ ৰাসায়নিকভাৱে সক্ৰিয় পৃষ্ঠভাগ (EAS) বৃদ্ধি কৰিব পাৰে, যাৰ ফলত সক্ৰিয় স্থানৰ সংখ্যা বৃদ্ধি পায় আৰু তেনেকৈ অনুঘটকীয় কাৰ্য্যকলাপ উন্নত হয়36,37। এই সম্ভাৱনা অনুসন্ধান কৰিবলৈ, আমি বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক সক্ৰিয়কৰণৰ আগত আৰু পিছত ECSA জোখ-মাখ চলাইছিলো, আৰু ফলাফলত দেখা গৈছিল যে Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ECSA তুলনামূলক আছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 21), অনুঘটকীয় বৃদ্ধিৰ ওপৰত V পৰিৱৰ্তনৰ পিছত সক্ৰিয় স্থানৰ ঘনত্বৰ প্ৰভাৱ বাদ দি।
সাধাৰণতে গ্ৰহণ কৰা জ্ঞান অনুসৰি এলক'হল বা অন্যান্য নিউক্লিঅ'ফিলিক ছাবষ্ট্ৰেটৰ Ni(OH)2-অনুঘটকীয় ইলেক্ট্ৰ'অক্সিডেচনত Ni(OH)2-এ প্ৰথমে ইলেক্ট্ৰন আৰু প্ৰ'টন হেৰুৱাই পেলায় আৰু তাৰ পিছত ইলেক্ট্ৰ'কেমিকেল পদক্ষেপৰ দ্বাৰা এটা নিৰ্দিষ্ট এনোডিক বিভৱত NiOOH লৈ হ্ৰাস পায়38,39,40,41। তাৰ পিছত গঠিত NiOOH এ এটা প্ৰকৃত সক্ৰিয় COR প্ৰজাতি হিচাপে কাম কৰি ৰাসায়নিক পদক্ষেপৰ জৰিয়তে নিউক্লিঅ'ফিলিক ছাবষ্ট্ৰেটৰ পৰা হাইড্ৰজেন আৰু ইলেক্ট্ৰন বিমূৰ্ত কৰি অক্সিডাইজড উৎপাদন গঠন কৰে20,41। কিন্তু শেহতীয়াকৈ ৰিপৰ্ট কৰা হৈছে যে যদিও NiOOH লৈ হ্ৰাসে Ni(OH)2 ৰ ওপৰত এলকহলৰ ইলেক্ট্ৰ'অক্সিডেচনৰ বাবে হাৰ নিৰ্ধাৰণকাৰী পদক্ষেপ (RDS) হিচাপে কাম কৰিব পাৰে, যিটো শেহতীয়া সাহিত্যত প্ৰস্তাৱ কৰা হৈছে, Ni3+ এলক'হলৰ অক্সিডেচন Ni3+41,42 ৰ খালী কক্ষপথৰ মাজেৰে অ-ৰেডক্স ইলেক্ট্ৰন স্থানান্তৰৰ জৰিয়তে এক স্বতঃস্ফূৰ্ত প্ৰক্ৰিয়া হ'ব পাৰে। একেটা সাহিত্যত ৰিপৰ্ট কৰা যান্ত্ৰিক অধ্যয়নৰ দ্বাৰা অনুপ্ৰাণিত হৈ আমি COR (পৰিপূৰক চিত্ৰ ২২ আৰু পৰিপূৰক টোকা ৩)ৰ সময়ত Ni3+ হ্ৰাসৰ ফলত হোৱা যিকোনো Ni2+ গঠনক ইন চিটু ধৰি ল'বলৈ প্ৰ'ব অণু হিচাপে dimethylglyoxime disodium salt octahydrate (C4H6N2Na2O2 8H2O) ব্যৱহাৰ কৰিছিলোঁ। ফলাফলত Ni2+ গঠন হোৱা দেখা গ’ল, যিয়ে নিশ্চিত কৰিলে যে COR প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত NiOOH ৰ ৰাসায়নিক হ্ৰাস আৰু Ni(OH)2 ৰ ইলেক্ট্ৰ’অক্সিডেচন একেলগে ঘটিছিল। গতিকে অনুঘটকীয় কাৰ্য্যকলাপ NiOOH লৈ Ni(OH)2 হ্ৰাসৰ গতিবিদ্যাৰ ওপৰত যথেষ্ট নিৰ্ভৰ কৰিব পাৰে। এই নীতিৰ ভিত্তিত আমি ইয়াৰ পিছত অনুসন্ধান কৰিলোঁ যে V ৰ পৰিৱৰ্তনে Ni(OH)2 হ্ৰাস ত্বৰান্বিত কৰিবনে আৰু তেনেকৈ COR উন্নত কৰিব।
আমি প্ৰথমে পূৰ্বতে উল্লেখ কৰা “বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক-ৰাসায়নিক” প্ৰক্ৰিয়া অনুসৰণ কৰি ধনাত্মক বিভৱত NiOOH গঠন আৰু চাইক্ল’হেক্সানন প্ৰৱৰ্তনৰ পিছত ইয়াৰ পৰৱৰ্তী ব্যৱহাৰ পৰ্যবেক্ষণ কৰি Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত COR ৰ বাবে NiOOH সক্ৰিয় পৰ্যায় বুলি প্ৰমাণ কৰিবলৈ ইন চিটু ৰমন কৌশল ব্যৱহাৰ কৰিছিলোঁ (চিত্ৰ ৩a)। তদুপৰি পুনৰ্গঠিত NiV-LDH-NS ৰ বিক্ৰিয়াশীলতাই Ni(OH)2-NS ৰ বিক্ৰিয়াশীলতা অতিক্ৰম কৰিছিল, যাৰ প্ৰমাণ Ni3+–O ৰমন সংকেতৰ ত্বৰান্বিত অদৃশ্যই পোৱা যায়। তাৰ পিছত আমি দেখুৱালোঁ যে NiV-LDH-NS cyclohexanone উপস্থিতি বা অনুপস্থিতিত Ni(OH)2-NS তুলনাত NiOOH গঠনৰ বাবে কম ধনাত্মক সম্ভাৱনা প্ৰদৰ্শন (চিত্ৰ 3b, গ আৰু পৰিপূৰক চিত্ৰ. 4c, d). উল্লেখযোগ্য যে NiV-LDH-NS ৰ উচ্চমানৰ OER কাৰ্য্যক্ষমতাৰ ফলত ৰমন জোখৰ উদ্দেশ্যৰ সন্মুখৰ লেন্সত অধিক বুদবুদ আবদ্ধ হৈ থাকে, যাৰ ফলত 1.55 VRHE ত ৰমন শিখৰ নোহোৱা হৈ যায় (পৰিপূৰক চিত্ৰ 4d)। DEMS ফলাফল অনুসৰি (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 18), কম বিভৱত বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব (Ni(OH)2-NS ৰ বাবে VRHE < 1.58 আৰু NiV-LDH-NS ৰ বাবে VRHE < 1.53) মূলতঃ চাইক্লোহেক্সাননৰ অনুপস্থিতিত OER ৰ পৰিৱৰ্তে Ni2+ আয়নৰ পুনৰ্গঠনৰ বাবে। তেনেদৰে, LSV বক্ৰত Ni2+ ৰ অক্সিডেচন শিখৰ NiV-LDH-NSতকৈ শক্তিশালী, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে V পৰিৱৰ্তনে NiV-LDH-NSক বৰ্ধিত পুনৰ নিৰ্মাণ ক্ষমতা প্ৰদান কৰে (বিশদ বিশ্লেষণৰ বাবে পৰিপূৰক চিত্ৰ 19 চাওক)।
0.5 M KOH আৰু 0.4 M চাইক্লোহেক্সাননত 1.5 VRHE ত 60 ছেকেণ্ডৰ বাবে প্ৰি-অক্সিডেচনৰ পিছত OCP অৱস্থাত Ni(OH)2-NS (বাওঁফালে) আৰু NiV-LDH-NS (সোঁফালে)ৰ ইন চিটু ৰমন বৰ্ণালী। b বিভিন্ন বিভৱত 0.5 M KOH + 0.4 M চাইক্লোহেক্সাননত Ni(OH)2-NS আৰু c NiV-LDH-NS ৰ ইন চিটু ৰমন বৰ্ণালী। d 0.5 M KOH আৰু e 0.5 M KOH আৰু 0.4 M চাইক্লোহেক্সাননত Ni K-এজত Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ইন চিটু XANES বৰ্ণালী। ইনছেটত ৮৩৪২ আৰু ৮৪৪৬ ইভিৰ মাজৰ এটা বৃদ্ধি কৰা বৰ্ণালী অঞ্চল দেখুওৱা হৈছে। f Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ত Ni ৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা বিভিন্ন বিভৱত। g বিভিন্ন বিভৱত চাইক্লোহেক্সানন সন্নিৱিষ্ট কৰাৰ আগতে আৰু পিছত NiV-LDH-NS ৰ ইন চিটু Ni EXAFS বৰ্ণালী। h Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ তাত্ত্বিক আৰ্হি। ওপৰত: Ni(OH)2-NS ত Ni(OH)2-NS ৰ পৰা NiOOH লৈ লাহে লাহে পুনৰ নিৰ্মাণে RDS হিচাপে কাম কৰে, আনহাতে চাইক্লোহেক্সাননে ৰাসায়নিক পদক্ষেপৰ জৰিয়তে উচ্চ সংযোজক Ni প্ৰজাতিটোক হ্ৰাস কৰি কম ভ্যালেণ্ট Ni অৱস্থা বজাই ৰাখি AA উৎপন্ন কৰে। তলত: NiV-LDH-NS ত V পৰিৱৰ্তনৰ দ্বাৰা পুনৰ নিৰ্মাণ পদক্ষেপটো সহজ হৈ পৰে, যাৰ ফলত পুনৰ নিৰ্মাণ পদক্ষেপৰ পৰা ৰাসায়নিক পদক্ষেপলৈ RDS স্থানান্তৰিত হয়। i Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS পুনৰ্গঠনৰ লগে লগে গিবছ মুক্ত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন হয়। aj আৰু i ৰ বাবে কেঁচা তথ্য কেঁচা তথ্য ফাইলত প্ৰদান কৰা হয়।
অনুঘটক হ্ৰাসৰ সময়ত পাৰমাণৱিক আৰু ইলেক্ট্ৰনিক গঠনৰ বিৱৰ্তন অনুসন্ধান কৰিবলৈ আমি স্থানীয়ভাৱে এক্স-ৰে শোষণ বৰ্ণালীবিজ্ঞান (XAS) পৰীক্ষা কৰিলোঁ, যিয়ে Ni প্ৰজাতিৰ গতিশীলতাক একেৰাহে তিনিটা পদক্ষেপত অনুসন্ধান কৰিবলৈ এক শক্তিশালী আহিলা প্ৰদান কৰিলে: OER, চাইক্লোহেক্সানন ইনজেকচন, আৰু COR এট অ’পেন চাৰ্কিট পটেনচিয়েল (OCP)। চিত্ৰখনত চাইক্লোহেক্সানন বেজী দিয়াৰ আগতে আৰু পিছত বৃদ্ধি পোৱা সম্ভাৱনাৰ সৈতে Ni ৰ K-এজ XANES বৰ্ণালী দেখুওৱা হৈছে (চিত্ৰ ৩d, e)। একেটা বিভৱতে NiV-LDH-NS ৰ শোষণ প্ৰান্ত শক্তি Ni(OH)2-NS তকৈ যথেষ্ট বেছি ধনাত্মক (চিত্ৰ 3d, e, ইনছেট)। প্ৰতিটো অৱস্থাত Ni ৰ গড় ভ্যালেন্স XANES বৰ্ণালীৰ ৰৈখিক সংযুক্ত ফিট আৰু Ni K-এজ শোষণ শক্তি পৰিৱৰ্তনৰ ৰিগ্ৰেছনৰ দ্বাৰা অনুমান কৰা হৈছিল (চিত্ৰ 3f), প্ৰকাশিত সাহিত্যৰ পৰা লোৱা ৰেফাৰেন্স বৰ্ণালীৰ সৈতে (পৰিপূৰক চিত্ৰ 23)43।
প্ৰথম পদক্ষেপত (OER প্ৰক্ৰিয়াৰ সৈতে মিল থকা চাইক্লোহেক্সানন প্ৰৱৰ্তনৰ আগতে; চিত্ৰ 3f, বাওঁফালে), পুনৰ্গঠিত নোহোৱা অনুঘটকৰ বিভৱত (<1.3 VRHE), NiV-LDH-NS (+1.83) ত Ni ৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা Ni(OH)2-NS (+1.97) তকৈ অলপ কম, যিটো V ৰ পৰা ইলেক্ট্ৰন স্থানান্তৰৰ বাবে জগৰীয়া কৰিব পাৰি Ni, ওপৰত উল্লেখ কৰা XPS ফলাফলৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ (চিত্ৰ ২f)। যেতিয়া বিভৱই হ্ৰাস বিন্দু (1.5 VRHE) অতিক্ৰম কৰে, তেতিয়া NiV-LDH-NS (+3.28) ত Ni ৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা Ni(OH)2-NS (+2.49) ৰ তুলনাত অধিক স্পষ্ট বৃদ্ধি দেখুৱায়। অধিক বিভৱত (১.৮ VRHE) NiV-LDH-NS (+৩.৬৪) ত পোৱা Ni কণিকাৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা Ni(OH)2-NS (+৩.৪৭)তকৈ বেছি। শেহতীয়া প্ৰতিবেদন অনুসৰি এই প্ৰক্ৰিয়াটো Ni3+xOOH1-x (Ni3+x Ni3+ আৰু Ni4+ ৰ মিশ্ৰিত প্ৰজাতি)ৰ গঠনত উচ্চ-সম্বন্ধীয় Ni4+ প্ৰজাতিৰ গঠনৰ সৈতে মিল খায়, যিয়ে পূৰ্বে এলকহল ডিহাইড্ৰজেনেচনত বৃদ্ধি পোৱা অনুঘটকীয় কাৰ্য্যকলাপ দেখুৱাইছে38,39,44। গতিকে COR ত NiV-LDH-NS ৰ উচ্চমানৰ কাৰ্য্যক্ষমতাৰ কাৰণ হ’ব পাৰে অনুঘটকীয়ভাৱে সক্ৰিয় উচ্চ-ভেলেণ্ট Ni প্ৰজাতি গঠন কৰাৰ হ্ৰাস ক্ষমতা বৃদ্ধি।
দ্বিতীয় পৰ্যায়ত (ৰিং খোলাৰ পিছত চাইক্লোহেক্সাননৰ প্ৰৱৰ্তন, চিত্ৰ ৩f) দুয়োটা অনুঘটকৰ ওপৰত Ni ৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা যথেষ্ট হ্ৰাস পায়, যিটো চাইক্লোহেক্সাননৰ দ্বাৰা Ni3+xOOH1-x ৰ হ্ৰাস প্ৰক্ৰিয়াৰ সৈতে মিল খায়, যিটো ইন চিটু ৰমন বৰ্ণালীবিজ্ঞানৰ ফলাফলৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ (চিত্ৰ ৩a), আৰু Ni ৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা প্ৰায় প্ৰাৰম্ভিক অৱস্থালৈ ঘূৰি আহিল (প্ৰথম পদক্ষেপ কম বিভৱত), যিয়ে Ni ৰ ৰেডক্স প্ৰক্ৰিয়াৰ Ni3+xOOH1-x লৈ উলটিব পৰা ক্ষমতাক সূচায়।
তৃতীয় পৰ্যায়ত (COR প্ৰক্ৰিয়া) COR বিভৱত (1.5 আৰু 1.8 VRHE; চিত্ৰ 3f, সোঁফালে), Ni(OH)2-NS ত Ni ৰ ভ্যালেন্স অৱস্থা মাত্ৰ সামান্য বৃদ্ধি পায় (+2.16 আৰু +2.40), যিটো প্ৰথম পদক্ষেপৰ একে বিভৱতকৈ যথেষ্ট কম (+2.49 আৰু +3.47)। এই ফলাফলসমূহে ইংগিত দিয়ে যে চাইক্ল’হেক্সানন বেজী দিয়াৰ পিছত Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত NiOOH আৰু চাইক্ল’হেক্সাননৰ মাজৰ ৰাসায়নিক পদক্ষেপৰ পৰিৱৰ্তে Ni2+ ৰ Ni3+x লৈ লাহে লাহে অক্সিডেচন (অৰ্থাৎ Ni পুনৰ্গঠন)ৰ দ্বাৰা COR গতিশীলভাৱে সীমিত হয়, যিয়ে Niক কম ভ্যালেন্স অৱস্থাত ৰাখে। এইদৰে আমি এই সিদ্ধান্তত উপনীত হওঁ যে Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত COR প্ৰক্ৰিয়াত Ni পুনৰ্গঠনে RDS হিচাপে কাম কৰিব পাৰে। ইয়াৰ বিপৰীতে NiV-LDH-NS এ COR প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত Ni প্ৰজাতিৰ তুলনামূলকভাৱে উচ্চ ভ্যালেন্স (>3) বজাই ৰাখিছিল, আৰু একে বিভৱত (1.65 আৰু 1.8 VRHE) প্ৰথম পদক্ষেপৰ তুলনাত ভ্যালেন্স বহু কম (0.2 তকৈ কম) হ্ৰাস পাইছিল, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে V পৰিৱৰ্তনে Ni2+ ৰ Ni3+x লৈ অক্সিডেচনক গতিশীলভাৱে প্ৰসাৰিত কৰিছিল, যাৰ ফলত Ni হ্ৰাস প্ৰক্ৰিয়া দ্ৰুত হৈ পৰিছিল চাইক্লোহেক্সানন হ্ৰাসৰ ৰাসায়নিক পদক্ষেপতকৈ। বৰ্ধিত এক্স-ৰে শোষণ সূক্ষ্ম গঠন (EXAFS) ফলাফলত চাইক্ল’হেক্সাননৰ উপস্থিতিত Ni–O (১.৬ৰ পৰা ১.৪ Å) আৰু Ni–Ni(V) (২.৮ৰ পৰা ২.৪ Å) বান্ধোনৰ সম্পূৰ্ণ ৰূপান্তৰও প্ৰকাশ পাইছে। এইটো Ni(OH)2 পৰ্যায়ৰ NiOOH পৰ্যায়লৈ পুনৰ্গঠন আৰু চাইক্লোহেক্সাননৰ দ্বাৰা NiOOH পৰ্যায়ৰ ৰাসায়নিক হ্ৰাসৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ (চিত্ৰ 3g)। কিন্তু চাইক্লোহেক্সাননে Ni(OH)2-NS ৰ হ্ৰাস গতিবিদ্যাত যথেষ্ট বাধাৰ সৃষ্টি কৰিছিল (অধিক বিৱৰণৰ বাবে পৰিপূৰক টোকা ৪ আৰু পৰিপূৰক চিত্ৰ ২৪ চাওক)।
সামগ্ৰিকভাৱে, Ni(OH)2-NS (চিত্ৰ 3h, ওপৰত), NiOOH ৰাসায়নিক হ্ৰাসৰ সময়ত চাইক্লোহেক্সাননৰ পৰা AA গঠনৰ ৰাসায়নিক পদক্ষেপতকৈ Ni(OH)2 পৰ্যায়ৰ পৰা NiOOH পৰ্যায়লৈ লাহে লাহে হ্ৰাসৰ পদক্ষেপে সামগ্ৰিক COR প্ৰক্ৰিয়াৰ RDS হিচাপে কাম কৰিব পাৰে। NiV-LDH-NS (চিত্ৰ 3h, তলত), V পৰিৱৰ্তনে Ni2+ ৰ অক্সিডেচন গতিবিদ্যা Ni3+x লৈ বৃদ্ধি কৰে, যাৰ ফলত NiVOOH গঠন ত্বৰান্বিত হয় (ৰাসায়নিক হ্ৰাসৰ দ্বাৰা ব্যৱহাৰ কৰাতকৈ), যিয়ে RDS ৰাসায়নিক পদক্ষেপৰ দিশলৈ স্থানান্তৰিত কৰে। V পৰিৱৰ্তনৰ দ্বাৰা প্ৰৰোচিত Ni পুনৰ্গঠন বুজিবলৈ আমি অধিক তাত্ত্বিক গণনা কৰিলোঁ। 3h চিত্ৰত দেখুওৱাৰ দৰে আমি Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ পুনৰ্গঠন প্ৰক্ৰিয়া অনুকৰণ কৰিলোঁ। Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত থকা জালি হাইড্ৰক্সিল গোটবোৰ ইলেক্ট্ৰ’লাইটত OH- নিষ্কাশন কৰি ডিপ্ৰ’টনেট কৰি ইলেক্ট্ৰনৰ অভাৱত থকা জালি অক্সিজেন গঠন কৰা হয়। সংশ্লিষ্ট ৰাসায়নিক বিক্ৰিয়াসমূহ হ’ল-
পুনৰ্গঠনৰ গিবছ মুক্ত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন গণনা কৰা হৈছিল (চিত্ৰ ৩i), আৰু NiV-LDH-NS (০.৮১ eV)-এ Ni(OH)2-NS (১.৬৬ eV)তকৈ বহু কম গিবছ মুক্ত শক্তিৰ পৰিৱৰ্তন দেখুৱাইছিল, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে V পৰিৱৰ্তনে Ni পুনৰ্গঠনৰ বাবে প্ৰয়োজনীয় ভল্টেজ হ্ৰাস কৰে। আমি বিশ্বাস কৰোঁ যে পুনৰ্গঠনক প্ৰসাৰিত কৰিলে সমগ্ৰ COR ৰ শক্তি বাধা হ্ৰাস পাব পাৰে (বিস্তাৰিত জানিবলৈ তলৰ বিক্ৰিয়া ব্যৱস্থাৰ অধ্যয়ন চাওক), যাৰ ফলত অধিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত বিক্ৰিয়াটো ত্বৰান্বিত হ’ব পাৰে।
ওপৰৰ বিশ্লেষণে দেখুৱাইছে যে V পৰিৱৰ্তনে Ni(OH)2 ৰ দ্ৰুত পৰ্যায় পুনৰ্বিন্যাসৰ সৃষ্টি কৰে, যাৰ ফলত বিক্ৰিয়াৰ হাৰ বৃদ্ধি পায় আৰু পাছলৈ COR বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়। কিন্তু Ni3+x স্থানসমূহে OER কাৰ্য্যকলাপকো প্ৰসাৰিত কৰিব পাৰে। চাইক্লোহেক্সানন অবিহনে এল এছ ভি বক্ৰৰ পৰা স্পষ্ট যে NiV-LDH-NS ৰ বৰ্তমানৰ ঘনত্ব Ni(OH)2-NSতকৈ বেছি (পৰিপূৰক চিত্ৰ ১৯), যাৰ ফলত COR আৰু OER বিক্ৰিয়াই প্ৰতিযোগিতামূলক বিক্ৰিয়া গঠন কৰে। গতিকে NiV-LDH-NSতকৈ AA ৰ যথেষ্ট বেছি FE ফেজ পুনৰ্বিন্যাসক প্ৰসাৰিত কৰা V পৰিৱৰ্তনৰ দ্বাৰা সম্পূৰ্ণৰূপে ব্যাখ্যা কৰিব নোৱাৰি।
সাধাৰণতে মানি লোৱা হয় যে ক্ষাৰকীয় মাধ্যমত নিউক্লিঅ’ফিলিক ছাবষ্ট্ৰেটৰ ইলেক্ট্ৰ’অক্সিডেচন বিক্ৰিয়াই সাধাৰণতে লেংমুয়াৰ-হিনশ্বেলউড (LH) আৰ্হি অনুসৰণ কৰে। বিশেষকৈ, ছাবষ্ট্ৰেট আৰু OH− এনিয়ন অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত প্ৰতিযোগিতামূলকভাৱে সহশোষিত হয় আৰু শোষিত OH− সক্ৰিয় হাইড্ৰক্সিল গোট (OH*)লৈ অক্সিডাইজ কৰা হয়, যিয়ে নিউক্লিঅ'ফাইলৰ অক্সিডেচনৰ বাবে ইলেক্ট্ৰ'ফাইল হিচাপে কাম কৰে, যিটো ব্যৱস্থা পূৰ্বতে পৰীক্ষামূলক তথ্য আৰু/বা তাত্ত্বিক গণনাৰ দ্বাৰা প্ৰদৰ্শিত হৈছে45,46,47। এইদৰে বিক্ৰিয়াকাৰী পদাৰ্থৰ ঘনত্ব আৰু ইয়াৰ অনুপাতে (জৈৱিক ছাবষ্ট্ৰেট আৰু OH−) অনুঘটকৰ পৃষ্ঠৰ বিক্ৰিয়াকাৰীৰ আৱৰণ নিয়ন্ত্ৰণ কৰিব পাৰে, যাৰ ফলত FE আৰু লক্ষ্য উৎপাদনৰ উৎপাদনত প্ৰভাৱ পৰে14,48,49,50। আমাৰ ক্ষেত্ৰত আমি অনুমান কৰোঁ যে NiV-LDH-NS ত উচ্চ চাইক্লোহেক্সানন পৃষ্ঠ আৱৰণে COR প্ৰক্ৰিয়াৰ অনুকূল, আৰু ইয়াৰ বিপৰীতে Ni(OH)2-NS ত কম চাইক্লোহেক্সানন পৃষ্ঠ আৱৰণে OER প্ৰক্ৰিয়াৰ অনুকূল।
ওপৰৰ অনুমানটো পৰীক্ষা কৰিবলৈ আমি প্ৰথমে বিক্ৰিয়াকাৰী পদাৰ্থৰ ঘনত্বৰ সৈতে জড়িত দুটা পৰীক্ষাৰ শৃংখলা কৰিলোঁ (C, cyclohexanone, আৰু COH−)। প্ৰথম পৰীক্ষাটো বিভিন্ন চাইক্ল’হেক্সানন C পৰিমাণ (০.০৫ ~ ০.৪৫ M) আৰু নিৰ্দিষ্ট COH− পৰিমাণ (০.৫ M) থকা Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS অনুঘটকৰ ওপৰত স্থিৰ বিভৱত (১.৮ VRHE) ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছৰ সৈতে কৰা হৈছিল। তাৰ পিছত, FE আৰু AA উৎপাদনশীলতা গণনা কৰা হৈছিল। NiV-LDH-NS অনুঘটকৰ বাবে, AA উৎপাদন আৰু চাইক্লোহেক্সানন C ৰ মাজৰ সম্পৰ্কই LH ধৰণত এটা সাধাৰণ “আগ্নেয়গিৰিৰ ধৰণৰ” বক্ৰ দেখুৱাইছিল (চিত্ৰ 4a), ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে উচ্চ চাইক্লোহেক্সানন কভাৰেজে OH− শোষণৰ সৈতে প্ৰতিযোগিতা কৰে। Ni(OH)2-NS ৰ বাবে চাইক্লোহেক্সাননৰ C ০.০৫ৰ পৰা ০.৪৫ M লৈ বৃদ্ধিৰ লগে লগে AA উৎপাদন একস্বৰীয়ভাৱে বৃদ্ধি পায়, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে যদিও চাইক্লোহেক্সাননৰ ডাঙৰ ঘনত্ব বেছি (০.৪৫ M), তথাপিও ইয়াৰ পৃষ্ঠৰ আৱৰণ তুলনামূলকভাৱে কম আছিল। তদুপৰি, COH− 1.5 M লৈ বৃদ্ধিৰ লগে লগে, cyclohexanone ৰ C ৰ ওপৰত নিৰ্ভৰ কৰি Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত এটা “আগ্নেয়গিৰিৰ ধৰণৰ” বক্ৰ পৰ্যবেক্ষণ কৰা হৈছিল, আৰু NiV-LDH-NS ৰ তুলনাত পৰিৱেশনৰ বিভক্তি বিন্দু পলম হৈছিল, যিয়ে Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত cyclohexanone ৰ দুৰ্বল শোষণ আৰু অধিক প্ৰমাণ কৰিছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 25a আৰু টোকা 5)। ইয়াৰ উপৰিও NiV-LDH-NS ত AA ৰ FE C-cyclohexanone ৰ প্ৰতি অতি সংবেদনশীল আছিল আৰু C-cyclohexanone 0.05 M ৰ পৰা 0.3 M লৈ বৃদ্ধি কৰিলে দ্ৰুতগতিত 80% তকৈ অধিকলৈ বৃদ্ধি পাইছিল, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে NiV-LDH-NS ত cyclohexanone সহজে সমৃদ্ধ হৈছিল (চিত্ৰ 4b)। ইয়াৰ বিপৰীতে C-চাইক্লোহেক্সাননৰ ঘনত্ব বৃদ্ধিয়ে Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত OERক বিশেষভাৱে বাধা নিদিলে, যিটো চাইক্লোহেক্সাননৰ অপৰ্যাপ্ত শোষণৰ বাবে হ’ব পাৰে। তাৰ বিপৰীতে, অনুঘটকীয় কাৰ্যক্ষমতাৰ ওপৰত COH− ৰ নিৰ্ভৰশীলতাৰ অধিক অনুসন্ধানেও নিশ্চিত কৰিলে যে NiV-LDH-NS ৰ তুলনাত cyclohexanone ৰ শোষণ উন্নত হয়, যিয়ে AA ৰ FE হ্ৰাস নকৰাকৈ COR প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত অধিক COH− সহ্য কৰিব পাৰে (পৰিপূৰক চিত্ৰ ২৫b, c আৰু টোকা ৫)।
0.5 M KOH ত বিভিন্ন C থকা চাইক্লোহেক্সাননত b Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ AA আৰু EF ৰ উৎপাদনশীলতা। c NiOOH আৰু NiVOOH ৰ ওপৰত চাইক্লোহেক্সাননৰ শোষণ শক্তি। d 0.5 M KOH আৰু 0.4 M cyclohexanone ত Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত AA ৰ FE আৰু 1.80 VRHE ত 0.4 M চাইক্লোহেক্সাননত অবিৰত আৰু স্থিৰ সম্ভাৱ্য কৌশল ব্যৱহাৰ কৰি। ভুল বাৰে একেটা নমুনা ব্যৱহাৰ কৰি তিনিটা স্বতন্ত্ৰ জোখৰ প্ৰামাণিক বিচ্যুতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে আৰু ১০%ৰ ভিতৰত থাকে। e ওপৰত: Ni(OH)2-NS ত কম পৃষ্ঠভাগ C থকা চাইক্লোহেক্সানন চাইক্লোহেক্সাননে দুৰ্বলভাৱে শোষণ কৰে, যাৰ ফলত OER ৰ বাবে প্ৰবল প্ৰতিযোগিতা হয়। তলত: NiV-LDH-NS ত চাইক্লোহেক্সানন C ৰ পৃষ্ঠভাগৰ উচ্চ ঘনত্ব দেখা যায় আৰু ইয়াৰ ফলত চাইক্লোহেক্সানন শোষণ বৃদ্ধি পায়, যাৰ ফলত OER দমন হয়। a–d ৰ বাবে কেঁচা তথ্য কেঁচা তথ্য ফাইলত প্ৰদান কৰা হয়।
NiV-LDH-NS ত চাইক্লোহেক্সাননৰ বৰ্ধিত শোষণ পৰীক্ষা কৰিবলৈ আমি শোষিত প্ৰজাতিৰ ভৰ পৰিৱৰ্তন বাস্তৱ সময়ত নিৰীক্ষণ কৰিবলৈ ইলেক্ট্ৰ’কেমিকেল কাপল্ড কোৱাৰ্টছ স্ফটিক মাইক্ৰ’বেলেন্স (E-QCM) ব্যৱহাৰ কৰিলোঁ। ফলাফলত দেখা গ'ল যে NiV-LDH-NS ত cyclohexanone ৰ প্ৰাৰম্ভিক শোষণ ক্ষমতা OCP অৱস্থাত Ni(OH)2-NS তকৈ 1.6 গুণ বেছি আছিল, আৰু শোষণ ক্ষমতাৰ এই পাৰ্থক্য আৰু বৃদ্ধি পায় কাৰণ সম্ভাৱনা 1.5 VRHE লৈ বৃদ্ধি পায় (পৰিপূৰক চিত্ৰ 26)। NiOOH আৰু NiVOOH ৰ ওপৰত চাইক্লোহেক্সাননৰ শোষণ আচৰণ অনুসন্ধান কৰিবলৈ স্পিন-মেৰুকৃত DFT গণনা কৰা হৈছিল (চিত্ৰ 4c)। চাইক্ল'হেক্সাননে NiOOH ৰ ওপৰত Ni-কেন্দ্ৰত -0.57 eV শোষণ শক্তি (Eads) ৰ সৈতে শোষণ কৰে, আনহাতে চাইক্ল'হেক্সাননে NiVOOH ৰ Ni-কেন্দ্ৰ বা V-কেন্দ্ৰত শোষণ কৰিব পাৰে, য'ত V-কেন্দ্ৰই বহুত কম Eads (-0.69 eV) প্ৰদান কৰে, যিটো পৰ্যবেক্ষণ কৰা শক্তিশালী শোষণৰ সৈতে সামঞ্জস্যপূৰ্ণ NiVOOH ৰ ওপৰত চাইক্লোহেক্সানন।
চাইক্লোহেক্সাননৰ বৰ্ধিত শোষণে এ এ গঠনক প্ৰসাৰিত কৰিব পাৰে আৰু OERক বাধা দিব পাৰে বুলি অধিক পৰীক্ষা কৰিবলৈ আমি অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত চাইক্লোহেক্সানন সমৃদ্ধ কৰিবলৈ বিচ্ছিন্ন সম্ভাৱ্য কৌশল ব্যৱহাৰ কৰিলোঁ (Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ বাবে), যিটো পূৰ্বৰ প্ৰতিবেদনৰ পৰা অনুপ্ৰাণিত হৈছিল। 51, 52 বিশেষকৈ, আমি COR ত 1.8 VRHE ৰ পটেনচিয়েল প্ৰয়োগ কৰিলোঁ, তাৰ পিছত ইয়াক OCP অৱস্থালৈ সলনি কৰিলোঁ, আৰু তাৰ পিছত ইয়াক পুনৰ 1.8 VRHE লৈ সলনি কৰিলোঁ। এই ক্ষেত্ৰত ইলেক্ট্ৰ'লাইজৰ মাজত অ'চিপি অৱস্থাত অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত চাইক্ল'হেক্সানন জমা হ'ব পাৰে (বিশদ পদ্ধতিৰ বাবে পদ্ধতি অংশ চাওক)। ফলাফলত দেখা গ’ল যে Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NSৰ বাবে বিচ্ছিন্ন সম্ভাৱ্য বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ ব্যৱহাৰ কৰিলে ধ্ৰুৱক বিভৱ বিদ্যুৎ বিশ্লেষণৰ তুলনাত অনুঘটকীয় কাৰ্য্যক্ষমতা উন্নত হয় (চিত্ৰ ৪d)। উল্লেখযোগ্য যে Ni(OH)2-NS এ NiV-LDH-NS তকৈ COR (AA FE: ৫১%ৰ পৰা ৮২%) আৰু OER (O2 FE: ২৭%ৰ পৰা ৪%) দমনত অধিক উল্লেখযোগ্য উন্নতি দেখুৱাইছিল, যাৰ কাৰণ আছিল যে দুৰ্বল শোষণ ক্ষমতা থকা অনুঘটকৰ ওপৰত চাইক্লোহেক্সানন সঞ্চয় অধিক পৰিমাণে উন্নত কৰিব পৰা যায় (অৰ্থাৎ, Ni(OH)2-NS)ৰ দ্বাৰা মাজে মাজে বিভৱ বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ কৰা হয়।
সামগ্ৰিকভাৱে NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত OER ৰ প্ৰতিৰোধৰ কাৰণ চাইক্লোহেক্সাননৰ বৰ্ধিত শোষণ হ’ব পাৰে (চিত্ৰ ৪e)। Ni(OH)2-NS ত (চিত্ৰ ৪e, ওপৰত) চাইক্লোহেক্সাননৰ দুৰ্বল শোষণৰ ফলত তুলনামূলকভাৱে কম চাইক্লোহেক্সানন কভাৰেজ আৰু অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত তুলনামূলকভাৱে বেছি OH* কভাৰেজ পোৱা যায়। গতিকে অতিৰিক্ত OH* প্ৰজাতিৰ ফলত OER ৰ বাবে তীব্ৰ প্ৰতিযোগিতা হ’ব আৰু AA ৰ FE হ্ৰাস পাব। তাৰ বিপৰীতে NiV-LDH-NS ত (চিত্ৰ ৪e, তলত), V পৰিৱৰ্তনে চাইক্লোহেক্সাননৰ শোষণ ক্ষমতা বৃদ্ধি কৰে, যাৰ ফলত চাইক্লোহেক্সাননৰ পৃষ্ঠ C বৃদ্ধি পায় আৰু COR ৰ বাবে শোষিত OH* প্ৰজাতিটোক ফলপ্ৰসূভাৱে ব্যৱহাৰ কৰি AA গঠনক প্ৰসাৰিত কৰে আৰু OERক বাধা দিয়ে।
Ni প্ৰজাতিৰ পুনৰ্গঠন আৰু চাইক্ল’হেক্সানন শোষণৰ ওপৰত V পৰিৱৰ্তনৰ প্ৰভাৱ অনুসন্ধান কৰাৰ উপৰিও আমি V য়ে COR ৰ পৰা AA গঠন পথ সলনি কৰে নেকি সেই বিষয়েও অনুসন্ধান কৰিলোঁ। কেইবাটাও ভিন্ন COR পথ সাহিত্যত প্ৰস্তাৱ কৰা হৈছে, আৰু আমি আমাৰ বিক্ৰিয়া ব্যৱস্থাত ইয়াৰ সম্ভাৱনা বিশ্লেষণ কৰিলোঁ (অধিক বিৱৰণৰ বাবে পৰিপূৰক চিত্ৰ ২৭ আৰু পৰিপূৰক টোকা ৬ চাওক)১৩,১৪,২৬। প্ৰথমতে, ৰিপৰ্ট কৰা হৈছে যে COR পথৰ প্ৰথম পদক্ষেপত চাইক্লোহেক্সাননৰ প্ৰাৰম্ভিক অক্সিডেচন জড়িত হৈ মূল মধ্যৱৰ্তী ২-হাইড্ৰক্সিচাইক্লোহেক্সানন (২)১৩,১৪ গঠন হ’ব পাৰে। প্ৰক্ৰিয়াটো পৰীক্ষা কৰিবলৈ আমি ৫,৫-ডাইমিথাইল-১-পাইৰ’লিডিন এন-অক্সাইড (DMPO) ব্যৱহাৰ কৰি অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত শোষিত সক্ৰিয় মধ্যৱৰ্তী পদাৰ্থবোৰ আৱদ্ধ কৰি ৰাখিলোঁ আৰু ইপিআৰ অধ্যয়ন কৰিলোঁ। ইপিআৰৰ ফলাফলত COR প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত দুয়োটা অনুঘটকৰ ওপৰত C-কেন্দ্ৰিক মূলক (R ) আৰু হাইড্ৰক্সিল মূলক (OH )ৰ উপস্থিতি প্ৰকাশ পাইছে, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে cyclohexanone ৰ Cα − H dehydrogenation এ এটা মধ্যৱৰ্তী enolate মূলক (1) গঠন কৰে, যিটো তাৰ পিছত OH* দ্বাৰা অধিক অক্সিডাইজ কৰি 2 গঠন কৰা হয় (চিত্ৰ 5a আৰু পৰিপূৰক চিত্ৰ 28)। যদিও দুয়োটা অনুঘটকতে একেধৰণৰ মধ্যৱৰ্তী পদাৰ্থ চিনাক্ত কৰা হৈছিল, NiV-LDH-NS ত R সংকেতৰ ক্ষেত্ৰফলৰ অংশ Ni(OH)2-NSতকৈ তুলনামূলকভাৱে বেছি আছিল, যিটো চাইক্লোহেক্সাননৰ বৰ্ধিত শোষণ ক্ষমতাৰ বাবে হ'ব পাৰে (পৰিপূৰক সূচী ৩ আৰু টোকা ৭)। আমি আৰু 2 আৰু 1,2-cyclohexanedione (3) ইলেক্ট্ৰ'লাইছিছৰ বাবে আৰম্ভণি বিক্ৰিয়াকাৰী হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰি V পৰৱৰ্তী অক্সিডেচন পদক্ষেপ পৰিৱৰ্তন কৰিব নেকি পৰীক্ষা কৰিবলৈ। Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত সম্ভাৱ্য মধ্যৱৰ্তী পদাৰ্থ (2 আৰু 3) ৰ ইলেক্ট্ৰ'লাইছিছৰ ফলাফলে তুলনামূলক পণ্যৰ নিৰ্বাচনশীলতা দেখুৱাইছে, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে Ni(OH)2-NS বা NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত COR বিক্ৰিয়া একেধৰণৰ পথৰ জৰিয়তে আগবাঢ়িছিল (চিত্ৰ 5b)। তদুপৰি, ২ টাক বিক্ৰিয়াকাৰী হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিলেহে AA প্ৰধান উৎপাদন আছিল, ইয়াৰ পৰা অনুমান কৰিব পাৰি যে দুয়োটা অনুঘটকতে ৩ লৈ পৰৱৰ্তী অক্সিডেচনৰ পৰিৱৰ্তে ২ ৰ Cα − Cβ বান্ধোনৰ বিভাজনৰ জৰিয়তে প্ৰত্যক্ষ অক্সিডেচন প্ৰক্ৰিয়াৰ জৰিয়তে AA পোৱা গৈছিল, কিয়নো ইয়াক মূলতঃ ৩ টাক আৰম্ভণি বিক্ৰিয়াকাৰী হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰাৰ সময়ত GA লৈ ৰূপান্তৰিত কৰা হৈছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ২৯, ৩০)।
0.5 M KOH + 0.4 M চাইক্লোহেক্সাননত NiV-LDH-NS ৰ EPR সংকেত। b 2-হাইড্ৰক্সিচাইক্লোহেক্সানন (2) আৰু 1,2-চাইক্লোহেক্সানডাইঅন (3)ৰ ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক বিশ্লেষণৰ ফলাফল। 0.5 M KOH আৰু 0.1 M 2 বা 3 ত 1.8 VRE ত এঘণ্টা ধৰি বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ কৰা হৈছিল। ভুল বাৰে একেটা অনুঘটক ব্যৱহাৰ কৰি দুটা স্বতন্ত্ৰ জোখৰ মানক বিচ্যুতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। c অনুঘটক দুটাৰ ওপৰত COR ৰ প্ৰস্তাৱিত বিক্ৰিয়াৰ পথ। d Ni(OH)2-NS (বাওঁফালে) আৰু d NiV-LDH-NS (সোঁফালে) ৰ ওপৰত COR পথৰ আৰ্হি চিত্ৰ। ৰঙা কাঁড় চিহ্নই V পৰিৱৰ্তনে COR প্ৰক্ৰিয়াত প্ৰসাৰিত কৰা পদক্ষেপসমূহ সূচায়। a আৰু b ৰ বাবে কেঁচা তথ্য কেঁচা তথ্য ফাইলত প্ৰদান কৰা হয়।
সামগ্ৰিকভাৱে আমি প্ৰমাণ কৰিলোঁ যে Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS-এ একেধৰণৰ পথৰ জৰিয়তে CORক অনুঘটক হিচাপে কাম কৰে: চাইক্লোহেক্সানন অনুঘটকৰ পৃষ্ঠত শোষিত হয়, ডিহাইড্ৰ'জেনেট হৈ ইলেক্ট্ৰন হেৰুৱাই ১ গঠন কৰে, যিটো তাৰ পিছত OH* দ্বাৰা অক্সিডাইজ কৰি ২ গঠন হয়, তাৰ পিছত বহুপদক্ষেপৰ ৰূপান্তৰেৰে AA উৎপন্ন হয় (চিত্ৰ ৫c)। কিন্তু যেতিয়া চাইক্ল’হেক্সাননক বিক্ৰিয়াকাৰী হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰা হৈছিল তেতিয়া কেৱল Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰতহে OER প্ৰতিযোগিতা দেখা গৈছিল, আনহাতে 2 আৰু 3 বিক্ৰিয়াকাৰী হিচাপে ব্যৱহাৰ কৰিলে আটাইতকৈ কম পৰিমাণৰ অক্সিজেন সংগ্ৰহ কৰা হৈছিল। এইদৰে অনুঘটকীয় কাৰ্য্যক্ষমতাৰ পৰ্যবেক্ষণ কৰা পাৰ্থক্যসমূহ বিক্ৰিয়াৰ পথৰ পৰিৱৰ্তনৰ পৰিৱৰ্তে ভি পৰিৱৰ্তনৰ ফলত হোৱা আৰ ডি এছ শক্তি বাধা আৰু চাইক্লোহেক্সানন শোষণ ক্ষমতাৰ পৰিৱৰ্তনৰ বাবে হ’ব পাৰে। সেয়েহে আমি দুয়োটা অনুঘটকৰ ওপৰত বিক্ৰিয়াৰ পথৰ আৰ ডি এছ বিশ্লেষণ কৰিলোঁ। ওপৰত উল্লেখ কৰা ইন চিটু এক্স-ৰে একাউষ্টিক স্পেকট্ৰ'স্কপিৰ ফলাফলসমূহে ইংগিত দিয়ে যে V পৰিৱৰ্তনে COR বিক্ৰিয়াত RDSক পুনৰ্গঠন পৰ্যায়ৰ পৰা ৰাসায়নিক পৰ্যায়লৈ স্থানান্তৰিত কৰে, NiV-LDH-NS ত NiOOH পৰ্যায় আৰু উচ্চ-ভেলেণ্ট Ni প্ৰজাতি অক্ষত ৰাখে (চিত্ৰ 3f, পৰিপূৰক চিত্ৰ 24, আৰু টোকা 4)। 'আমি CV জোখৰ সময়ত বিভিন্ন সম্ভাৱ্য অঞ্চলৰ প্ৰতিটো অংশত বৰ্তমানৰ ঘনত্বৰ দ্বাৰা প্ৰতিনিধিত্ব কৰা বিক্ৰিয়া প্ৰক্ৰিয়াসমূহ অধিক বিশ্লেষণ কৰিলোঁ (বিৱৰণৰ বাবে পৰিপূৰক চিত্ৰ 31 আৰু টোকা 8 চাওক) আৰু H/D গতিশীল আইছ'ট'প বিনিময় পৰীক্ষা সম্পন্ন কৰিলোঁ, যিয়ে সামূহিকভাৱে প্ৰমাণ কৰিলে যে NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত COR ৰ RDS হ্ৰাসৰ পৰিৱৰ্তে ৰাসায়নিক পৰ্যায়ত Cα − H বন্ধনৰ বিভাজন জড়িত পৰ্যায় (অধিক বিৱৰণৰ বাবে পৰিপূৰক চিত্ৰ 32 আৰু টোকা 8 চাওক)।
ওপৰৰ বিশ্লেষণৰ ভিত্তিত V পৰিৱৰ্তনৰ সামগ্ৰিক প্ৰভাৱ চিত্ৰ ৫dত দেখুওৱা হৈছে। Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS অনুঘটকসমূহে উচ্চ এনোডিক বিভৱত পৃষ্ঠ পুনৰ্গঠন কৰে আৰু একেধৰণৰ পথৰ জৰিয়তে COR অনুঘটক হিচাপে কাম কৰে। Ni(OH)2-NS ত (চিত্ৰ ৫d, বাওঁফালে), পুনৰ্গঠন পদক্ষেপটো হৈছে COR প্ৰক্ৰিয়াৰ সময়ত RDS; 1. ইয়াৰ উপৰিও, চাইক্লোহেক্সানন শোষণ V স্থানত ঘটে আৰু NiV-LDH-NS ত বৃদ্ধি পায়, যিয়ে OER দমনত অৰিহণা যোগায়।
বহল সম্ভাৱ্য পৰিসৰত উচ্চ FE ৰ সৈতে NiV-LDH-NS ৰ উৎকৃষ্ট ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক কাৰ্য্যক্ষমতা বিবেচনা কৰি আমি AA ৰ অবিৰত উৎপাদন লাভ কৰিবলৈ এটা MEA ডিজাইন কৰিলোঁ। এমইএ এনোড হিচাপে NiV-LDH-NS, কেথ'ড হিচাপে বাণিজ্যিক PtRu/C আৰু কেথ'ড53 আৰু এনিয়ন বিনিময় পৰ্দা (প্ৰকাৰ: FAA-3-50) (চিত্ৰ 6a আৰু পৰিপূৰক চিত্ৰ 33)54 ব্যৱহাৰ কৰি একত্ৰিত কৰা হৈছিল। যিহেতু কোষৰ ভল্টেজ হ্ৰাস পাইছিল আৰু ওপৰৰ অধ্যয়নত AA ৰ FE 0.5 M KOH ৰ সৈতে তুলনাযোগ্য আছিল, গতিকে এনোলাইটৰ ঘনত্ব 1 M KOH লৈ অনুকূল কৰা হৈছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ 25c)। ৰেকৰ্ড কৰা LSV বক্ৰসমূহ পৰিপূৰক চিত্ৰ 34 ত দেখুওৱা হৈছে, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে NiV-LDH-NS ৰ COR কাৰ্যক্ষমতা Ni(OH)2-NS তকৈ যথেষ্ট বেছি। NiV-LDH-NS ৰ শ্ৰেষ্ঠত্ব প্ৰদৰ্শন কৰিবলৈ ৫০ৰ পৰা ৫০০ mA cm−2 ৰ ভিতৰত ষ্টেপ কাৰেণ্ট ঘনত্বৰে ধ্ৰুৱক কাৰেণ্ট ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছ কৰা হৈছিল আৰু সংশ্লিষ্ট কোষ ভল্টেজ ৰেকৰ্ড কৰা হৈছিল। ফলাফলত দেখা গ’ল যে NiV-LDH-NS এ 300 mA cm−2 বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত 1.76 V ৰ কোষ ভল্টেজ প্ৰদৰ্শন কৰে, যিটো Ni(OH)2-NS (2.09 V)তকৈ প্ৰায় 16% কম, যিয়ে AA উৎপাদনত ইয়াৰ অধিক শক্তি কাৰ্যক্ষমতাৰ ইংগিত দিয়ে (চিত্ৰ 6b)।
ফ্ল’ বেটাৰীৰ আঁচনিমূলক ডায়াগ্ৰাম। b বিভিন্ন বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত 1 M KOH আৰু 0.4 M চাইক্লোহেক্সাননত Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত iR ক্ষতিপূৰণ অবিহনে কোষ ভল্টেজ। c বিভিন্ন বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত AA আৰু FE উৎপাদন। ভুল বাৰে একেটা অনুঘটক ব্যৱহাৰ কৰি দুটা স্বতন্ত্ৰ জোখৰ মানক বিচ্যুতিক প্ৰতিনিধিত্ব কৰে। d আমাৰ কামৰ অনুঘটকীয় পৰিৱেশনৰ তুলনা অন্যান্য ৰিপৰ্ট কৰা ফ্ল' বেটাৰী ব্যৱস্থাৰ সৈতে14,17,19। দীৰ্ঘম্যাদী পৰীক্ষাত ক্ৰমে ২০০ আৰু ৩০০ mA cm−2 ত NiV-LDH-NS ৰ ওপৰত AA ৰ কোষ ভল্টেজ আৰু FE। be ৰ বাবে কেঁচা তথ্য এটা কেঁচা তথ্য ফাইল হিচাপে প্ৰদান কৰা হয়।
ইফালে, চিত্ৰ 6c ত দেখুওৱাৰ দৰে, NiV-LDH-NS এ মূলতঃ অধিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহ ঘনত্ব (200 ৰ পৰা 500 mA cm-2) ত ভাল FE (83% ৰ পৰা 61%) বজাই ৰাখিছিল, যাৰ ফলত AA উৎপাদনশীলতা (1031 ৰ পৰা 1900 μmol cm-2 h-1) উন্নত হৈছিল। ইফালে, ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছৰ পিছত কেথ’ড বিভাগত মাত্ৰ ০.৮% এডিপিক এচিড এনিয়ন দেখা গৈছিল, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে আমাৰ ক্ষেত্ৰত চাইক্ল’হেক্সানন পৰিৱৰ্তন গুৰুত্বপূৰ্ণ নাছিল (পৰিপূৰক চিত্ৰ ৩৫)। ইয়াৰ বিপৰীতে বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বৰ একে বৃদ্ধিৰ হাৰৰ লগে লগে Ni(OH)2-NS ৰ ওপৰত AA ৰ FE ৬১%ৰ পৰা ৩৪%লৈ হ্ৰাস পায়, যাৰ ফলত AA উৎপাদনশীলতা উন্নত কৰাটো কঠিন হৈ পৰে (৭৬২ৰ পৰা ১০৫০ μmol cm-2 h-1)। বিশেষকৈ, OER ৰ পৰা হোৱা প্ৰবল প্ৰতিযোগিতাৰ বাবে AA ৰ কাৰ্য্যক্ষমতা আনকি সামান্য হ্ৰাস পায়, আৰু এইদৰে বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধিৰ লগে লগে AA ৰ FE তীব্ৰভাৱে হ্ৰাস পায় (200 ৰ পৰা 250 mA cm−2, পৰিপূৰক চিত্ৰ 5)। আমাৰ জ্ঞাতসাৰে, NiV-LDH-NS অনুঘটকৰ সৈতে MEA ব্যৱহাৰ কৰি অনুঘটকীয় ফলাফলসমূহে Ni-ভিত্তিক অনুঘটকৰ সৈতে পূৰ্বতে ৰিপৰ্ট কৰা ফ্ল' ৰিয়েক্টৰৰ কাৰ্য্যক্ষমতাক যথেষ্ট অতিক্ৰম কৰে (পৰিপূৰক সূচী ২)। তদুপৰি, চিত্ৰ 6d ত দেখুওৱাৰ দৰে, NiV-LDH-NS-এ সৰ্বোত্তম প্ৰদৰ্শনকাৰী Co-ভিত্তিক অনুঘটক, অৰ্থাৎ, গ্ৰেফিন-সমৰ্থিত Co3O4 (Co3O4/GDY)17 ৰ তুলনাত AA ৰ কাৰেণ্ট ঘনত্ব, কোষ ভল্টেজ, আৰু FE ৰ ক্ষেত্ৰত উল্লেখযোগ্য সুবিধা দেখুৱাইছিল। ইয়াৰ উপৰিও আমি এ এ উৎপাদনৰ শক্তি খৰচৰ মূল্যায়ন কৰিলোঁ আৰু দেখুৱালোঁ যে এ এৰ ব্যৱহাৰ অতি কম, মাত্ৰ ২.৪ W h gAA-1 কাৰেণ্ট ঘনত্ব ৩০০ mA cm-2 আৰু কোষ ভল্টেজত ১.৭৬ V (বিশদ গণনা পৰিপূৰক টোকা ১ত দিয়া হৈছে)। পূৰ্বে ৰিপৰ্ট কৰা Co3O4/GDY ৰ বাবে 4.1 W h gAA-1 ৰ সৰ্বোত্তম ফলাফলৰ তুলনাত আমাৰ কামত AA উৎপাদনৰ বাবে শক্তিৰ ব্যৱহাৰ 42% হ্ৰাস পাইছিল আৰু উৎপাদনশীলতা 4 গুণ বৃদ্ধি পাইছিল (1536 বনাম 319 μmol cm-2 h-1)17।
MEA ত দীৰ্ঘম্যাদী AA উৎপাদনৰ বাবে NiV-LDH-NS অনুঘটকৰ স্থিৰতা ক্ৰমে 200 আৰু 300 mA cm-2 ৰ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত মূল্যায়ন কৰা হৈছিল (চিত্ৰ 6e)। যিহেতু OH− অধিক বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক ঘনত্বত দ্ৰুতভাৱে খৰচ হয়, গতিকে ৩০০ mA cm-2 ত ইলেক্ট্ৰলাইটৰ নবীকৰণৰ হাৰ 200 mA cm-2 তকৈ বেছি (বিৱৰণৰ বাবে উপখণ্ড “বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক জোখ” চাওক)। ২০০ মিলি এচে. বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব ৩০০ মিলি এ চে.মি.−২ লৈ বৃদ্ধি পোৱাৰ লগে লগে এ এৰ কাৰ্যক্ষমতা প্ৰায় অপৰিৱৰ্তিত হৈ থাকে (৮৫%ৰ পৰা ৭২%), কিন্তু ৪৬ ঘণ্টাৰ পৰীক্ষাৰ সময়ত কোষৰ ভল্টেজ যথেষ্ট বৃদ্ধি পায় (১.৭১ৰ পৰা ২.০৯ ভিলৈ, যিটো ২২%) (চিত্ৰ ৬e)। আমি অনুমান কৰোঁ যে কাৰ্য্যক্ষমতাৰ অৱক্ষয়ৰ মূল কাৰণ হৈছে চাইক্লোহেক্সাননৰ দ্বাৰা এনিয়ন বিনিময় পৰ্দা (AEM)ৰ জাৰণ, যিয়ে ইলেক্ট্ৰ'লাইজাৰ কোষৰ কোষ প্ৰতিৰোধ ক্ষমতা আৰু ভল্টেজ বৃদ্ধি কৰে (পৰিপূৰক চিত্ৰ. 36), এনোডৰ পৰা কেথ'ডলৈ ইলেক্ট্ৰ'লাইটৰ সামান্য লিকেজৰ সৈতে, যাৰ ফলত এনোলাইটৰ আয়তন হ্ৰাস পায় আৰু বন্ধ কৰাৰ প্ৰয়োজন হয় ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছ। ইয়াৰ উপৰিও এ এৰ এফ ই হ্ৰাসৰ কাৰণো অনুঘটকৰ লিচিং হ’ব পাৰে, যিয়ে অ’ ই আৰৰ বাবে নি ফেন খোলাৰ অনুকূল হয়। 300 mA cm−2 ত স্থিৰতাৰ অৱক্ষয়ৰ ওপৰত জাৰণ হোৱা AEM ৰ প্ৰভাৱ প্ৰদৰ্শন কৰিবলৈ আমি ইয়াক 46 ঘন্টা বিদ্যুৎ বিশ্লেষণৰ পিছত নতুন AEM ৰ সৈতে সলনি কৰিলোঁ। আশা কৰা মতে, অনুঘটকীয় কাৰ্যক্ষমতা স্পষ্টভাৱে পুনৰুদ্ধাৰ কৰা হৈছিল, কোষৰ ভল্টেজ প্ৰাৰম্ভিক মানলৈ যথেষ্ট হ্ৰাস পাইছিল (২.০৯ৰ পৰা ১.৭১ ভিলৈ) আৰু তাৰ পিছত ইলেক্ট্ৰ’লাইছিছৰ পৰৱৰ্তী ১২ ঘণ্টাৰ ভিতৰত সামান্য বৃদ্ধি পাইছিল (১.৭১ৰ পৰা ১.৭৯ ভিলৈ, ৫% বৃদ্ধি; চিত্ৰ ৬e)।
সামগ্ৰিকভাৱে আমি 200 mA cm−2 ৰ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত 60 ঘন্টা ধৰি অবিৰত AA উৎপাদনৰ স্থিৰতা লাভ কৰিবলৈ সক্ষম হৈছিলো, ইয়াৰ পৰা বুজা যায় যে AA ৰ FE আৰু কোষ ভল্টেজ ভালদৰে ৰখা হৈছে। আমি 300 mA cm−2 ৰ অধিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বও চেষ্টা কৰিলোঁ আৰু 58 ঘন্টা সামগ্ৰিক স্থিৰতা লাভ কৰিলোঁ, 46 ঘণ্টাৰ পিছত AEM ৰ ঠাইত নতুন এটাৰে সলনি কৰিলোঁ। ওপৰৰ অধ্যয়নসমূহে অনুঘটকৰ স্থিৰতা প্ৰদৰ্শন কৰে আৰু ঔদ্যোগিকভাৱে আদৰ্শ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত অবিৰত এ এ উৎপাদনৰ বাবে এম ই এৰ দীৰ্ঘম্যাদী স্থিৰতা উন্নত কৰিবলৈ ভৱিষ্যতে উচ্চ শক্তিৰ এ ই এমৰ বিকাশৰ প্ৰয়োজনীয়তা স্পষ্টভাৱে সূচায়।
আমাৰ এমইএৰ পৰিৱেশনৰ ওপৰত ভিত্তি কৰি আমি ছাবষ্ট্ৰেট ফিডিং, ইলেক্ট্ৰ'লাইছিছ, নিউট্ৰেলাইজেচন, আৰু পৃথকীকৰণ ইউনিটকে ধৰি এটা সম্পূৰ্ণ এএ উৎপাদন প্ৰক্ৰিয়াৰ প্ৰস্তাৱ দিলোঁ (পৰিপূৰক চিত্ৰ ৩৭)। ক্ষাৰকীয় ইলেক্ট্ৰ'লাইট ইলেক্ট্ৰ'কেটালাইটিক কাৰ্বক্সিলেট উৎপাদন মডেল ব্যৱহাৰ কৰি ব্যৱস্থাটোৰ অৰ্থনৈতিক সম্ভাৱনীয়তা মূল্যায়ন কৰিবলৈ এটা প্ৰাৰম্ভিক পৰিৱেশন বিশ্লেষণ কৰা হৈছিল55। এই ক্ষেত্ৰত খৰচৰ ভিতৰত মূলধন, পৰিচালনা আৰু সামগ্ৰী (চিত্ৰ ৭a আৰু পৰিপূৰক চিত্ৰ ৩৮) অন্তৰ্ভুক্ত, আৰু ৰাজহ এ এ আৰু এইচ ২ উৎপাদনৰ পৰা আহে। টি ই এৰ ফলাফলসমূহে দেখুৱাইছে যে আমাৰ পৰিচালনাৰ পৰিস্থিতিত (বৰ্তমানৰ ঘনত্ব ৩০০ এম এ চে.মি.-২, চেল ভল্টেজ ১.৭৬ ভি, এফ ই ৮২%), মুঠ খৰচ আৰু ৰাজহ ক্ৰমে ২৪২৯ মাৰ্কিন ডলাৰ আৰু ২৫৬৪ মাৰ্কিন ডলাৰ, যাৰ অৰ্থ হ’ল প্ৰতি টন উৎপাদিত এ এৰ নিকা লাভত ১৩৫ মাৰ্কিন ডলাৰ (বিৱৰণৰ বাবে পৰিপূৰক টোকা ৯ চাওক)।
82% FE, 300 mA cm−2, আৰু 1.76 V কোষ ভল্টেজৰ সৈতে ভিত্তি ক্ষেত্ৰ পৰিস্থিতিৰ অধীনত AA বিদ্যুৎ ৰাসায়নিক প্ৰক্ৰিয়াৰ মুঠ খৰচ। b FE আৰু c কাৰেণ্ট ঘনত্বৰ প্ৰতি তিনিটা খৰচৰ সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণ। সংবেদনশীলতা বিশ্লেষণত কেৱল অধ্যয়ন কৰা প্ৰাচলসমূহৰ ভিন্নতা কৰা হৈছিল আৰু আন প্ৰাচলসমূহ TEA মডেলৰ ভিত্তিত স্থিৰ কৰি ৰখা হৈছিল। d বিভিন্ন FE আৰু কাৰেণ্ট ঘনত্বৰ প্ৰভাৱ AA বিদ্যুৎ সংশ্লেষণৰ লাভ আৰু Ni(OH)2-NS আৰু NiV-LDH-NS ব্যৱহাৰ কৰি লাভৰ ওপৰত, ধৰি লওক যে কোষৰ ভল্টেজ ১.৭৬ V ত স্থিৰ ৰখা হৈছে। a–d ৰ বাবে ইনপুট তথ্য কেঁচা তথ্য ফাইলত দিয়া হৈছে।
এই ভিত্তিৰ ভিত্তিত আমি এ এ বিদ্যুৎ সংশ্লেষণৰ লাভজনকতাৰ ওপৰত এফ ই আৰু বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বৰ প্ৰভাৱৰ বিষয়ে অধিক অনুসন্ধান কৰিলোঁ। আমি দেখিলোঁ যে লাভজনকতা এ এৰ এফ ইৰ প্ৰতি অতি সংবেদনশীল, কিয়নো এফ ই হ্ৰাস পালে পৰিচালনা ব্যয় যথেষ্ট বৃদ্ধি পায়, যাৰ ফলত সামগ্ৰিক খৰচ যথেষ্ট বৃদ্ধি পায় (চিত্ৰ ৭খ)। বিদ্যুৎ বিশ্লেষক কোষৰ ক্ষেত্ৰফল কম কৰি মূলধনী ব্যয় আৰু উদ্যোগ নিৰ্মাণৰ খৰচ হ্ৰাস কৰাত সহায় কৰে, যাৰ ফলত লাভ বৃদ্ধিত অৰিহণা যোগায় (চিত্ৰ ৭গ)। বৰ্তমানৰ ঘনত্বৰ তুলনাত এফ ইয়ে লাভৰ ওপৰত অধিক গুৰুত্বপূৰ্ণ প্ৰভাৱ পেলায়। লাভৰ ওপৰত FE আৰু বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বৰ প্ৰভাৱৰ বৈশিষ্ট্য নিৰ্ণয় কৰি আমি লাভজনকতা নিশ্চিত কৰিবলৈ ঔদ্যোগিকভাৱে প্ৰাসংগিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব (>200 mA cm-2)ত উচ্চ FE (>60%) লাভ কৰাৰ গুৰুত্ব স্পষ্টভাৱে দেখিবলৈ পাওঁ। AA ৰ উচ্চ FE মানৰ বাবে অনুঘটক হিচাপে NiV-LDH-NS ৰ সৈতে বিক্ৰিয়া ব্যৱস্থাটো ১০০–৫০০ mA cm−2 (পেন্টাগ্ৰাম বিন্দু; চিত্ৰ ৭d)ৰ ভিতৰত অনুকূল হৈ থাকে। কিন্তু Ni(OH)2-NS ৰ বাবে উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত (>200 mA cm−2) FE হ্ৰাস কৰিলে প্ৰতিকূল ফলাফল পোৱা যায় (বৃত্ত; চিত্ৰ 7d), যিয়ে উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত উচ্চ FE থকা অনুঘটকৰ গুৰুত্বৰ ওপৰত আলোকপাত কৰে।
মূলধন আৰু পৰিচালনা ব্যয় হ্ৰাস কৰাত অনুঘটকৰ গুৰুত্বৰ উপৰিও আমাৰ টি ই এৰ মূল্যায়নে প্ৰকাশ কৰে যে লাভজনকতা দুটা ধৰণে আৰু অধিক উন্নত কৰিব পৰা যাব। প্ৰথমটো হ’ল নিউট্ৰেলাইজেচন ইউনিটৰ উপ-উৎপাদন হিচাপে পটাছিয়াম ছালফেট (K2SO4) বজাৰত সহ-বিক্ৰয় কৰা, কিন্তু সম্ভাৱ্য ৰাজহৰ সৈতে ৮২৮ মাৰ্কিন ডলাৰ/টন এ এ-১ (পৰিপূৰক টোকা ৯)। দ্বিতীয়টো হ’ল প্ৰক্ৰিয়াকৰণ প্ৰযুক্তিটোক অনুকূল কৰি তোলা, য’ত সামগ্ৰী পুনঃব্যৱহাৰ বা অধিক খৰচ-বহনক্ষম এ এ পৃথকীকৰণ প্ৰযুক্তিৰ বিকাশ (নিষ্ক্ৰিয়কৰণ আৰু পৃথকীকৰণ এককৰ বিকল্প) অন্তৰ্ভুক্ত কৰা হয়। বৰ্তমান ব্যৱহৃত এচিড-বেছ নিষ্ক্ৰিয়কৰণ প্ৰক্ৰিয়াৰ ফলত সামগ্ৰীৰ ব্যয় বেছি হ’ব পাৰে (যিটোৱে ৮৫.৩%) সৰ্বাধিক অংশ গ্ৰহণ কৰে, ইয়াৰে ৯৪% চাইক্ল’হেক্সানন আৰু কে অ’ এইচৰ বাবে (২০৬৯ ডলাৰ/টন এ এ-১; চিত্ৰ ৭ক), কিন্তু ওপৰত উল্লেখ কৰা অনুসৰি এই প্ৰক্ৰিয়াটো এতিয়াও সামগ্ৰিকভাৱে লাভজনক। আমি কৈছোঁ যে KOH আৰু বিক্ৰিয়া নকৰা চাইক্লোহেক্সানন উদ্ধাৰৰ বাবে অধিক উন্নত পদ্ধতিৰ দ্বাৰা সামগ্ৰীৰ খৰচ আৰু অধিক হ্ৰাস কৰিব পৰা যাব, যেনে KOH14 সম্পূৰ্ণৰূপে উদ্ধাৰৰ বাবে ইলেক্ট্ৰ'ডায়েলাইছিছ (ইলেক্ট্ৰ'ডায়েলাইছিছৰ জৰিয়তে আনুমানিক খৰচ US$1073/t AA-1; পৰিপূৰক টোকা 9)।
সামৰণিত ক’বলৈ গ’লে আমি Ni(OH)2 নেন’শ্বীটত V প্ৰৱেশ কৰি উচ্চ কাৰেণ্ট ঘনত্বত এলুমিনিয়াম পৰমাণুৰ বিদ্যুৎ বিশ্লেষণৰ উচ্চ কাৰ্যক্ষমতা লাভ কৰিলোঁ। 1.5–1.9 VRHE ৰ বিস্তৃত সম্ভাৱ্য পৰিসৰ আৰু 170 mA cm−2 ৰ উচ্চ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বৰ অধীনত NiV-LDH-NS ত AA FE 83–88% পৰ্যন্ত হয়, আনহাতে OER ফলপ্ৰসূভাৱে 3% লৈ দমন কৰা হয়। V পৰিৱৰ্তনে Ni2+ ৰ Ni3+x লৈ হ্ৰাস কৰাত সহায় কৰিছিল আৰু চাইক্লোহেক্সাননৰ শোষণ বৃদ্ধি কৰিছিল। পৰীক্ষামূলক আৰু তাত্ত্বিক তথ্যই ইংগিত দিয়ে যে উদ্দীপিত পুনৰ্গঠনে চাইক্লোহেক্সানন অক্সিডেচনৰ বাবে বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব বৃদ্ধি কৰে আৰু COR ৰ RDS পুনৰ্গঠনৰ পৰা Cα − H বিভাজন জড়িত ডিহাইড্ৰ'জেনেচনলৈ স্থানান্তৰিত কৰে, আনহাতে চাইক্লোহেক্সাননৰ বৰ্ধিত শোষণে OER দমন কৰে। এমইএৰ বিকাশে ৩০০ মিলিএ চে.মি.−২ ঔদ্যোগিক বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্ব, ৮২% অভিলেখ এএ কাৰ্যক্ষমতা আৰু ১৫৩৬ মাইক্ৰ'মল চে.মি.−২ ঘন্টাৰ উৎপাদনশীলতাত অবিৰত এএ উৎপাদন লাভ কৰে। ৫০ ঘণ্টাৰ পৰীক্ষাত দেখা গ’ল যে NiV-LDH-NS ৰ স্থিৰতা ভাল কাৰণ ই MEA ত উচ্চ AA FE বজাই ৰাখিব পাৰে (200 mA cm−2 ত 60 ঘণ্টাৰ বাবে > 80%; 300 mA cm−2 ত 58 ঘণ্টাৰ বাবে > 70%)। মন কৰিবলগীয়া যে ঔদ্যোগিকভাৱে আদৰ্শ বিদ্যুৎ প্ৰবাহৰ ঘনত্বত দীৰ্ঘম্যাদী স্থিৰতা লাভ কৰিবলৈ অধিক শক্তিশালী এ ই এম বিকশিত কৰাৰ প্ৰয়োজন আছে। ইয়াৰ উপৰিও টি ই এয়ে এ এ উৎপাদনৰ বাবে বিক্ৰিয়া কৌশলৰ অৰ্থনৈতিক সুবিধা আৰু খৰচ আৰু অধিক হ্ৰাস কৰিবলৈ উচ্চ কাৰ্যক্ষম অনুঘটক আৰু উন্নত পৃথকীকৰণ প্ৰযুক্তিৰ গুৰুত্বৰ ওপৰত আলোকপাত কৰে।