Benotzung vun nanostrukturéierte Materialien op dreidimensionalen Néckelschaummaterialien als Elektrokatalysator fir Waasserkrachen

D'Ausarmung vu fossille Brennstoffer a wuessend Bedenken iwwer Energie- an Ëmweltproblemer hunn zu extensiv Fuerschungsefforte gefouert fir alternativ Energiequellen z'entwéckelen.Elektrochemesch ElektrolyseWaasser gëtt als villverspriechend Strategie fir d'Produktioun vu Waasserstoff Brennstoff ugesinn. Wéi och ëmmer, effizient Waasserkrack erfuerdert effizient an haltbar Elektrokatalysatoren, déi d'Kinetik vun der Sauerstoff-Extraktiounsreaktioun (OER) a Waasserstoff-Extraktiounsreaktioun (HER) beschleunegen. Edelmetallhaltege Katalysatoren, wéi Pt a seng Legierungen, RuO2 an IrO2, sinn am Moment déi effizient Katalysatoren fir OER an HER ze katalyséieren. Wéi och ëmmer, déi héich Käschte a Knappheet vun Adelmetaller hunn hir grouss Skala Uwendung an d'Entwécklung vun erneierbaren Energietechnologien behënnert. Fir dës Aschränkungen ze iwwerwannen, hu bedeitend Efforte gemaach fir Net-Edelmetall-Elektrokatalysatoren ze designen an ze synthetiséieren mat Äerd-reichend Materialien als wirtschaftlech Alternativen zu OER an OERHER. Iwwergangsmetalloxiden, Sulfiden, Phosphiden, Kuelestoffmaterialien, Seleniden a Mëschmetallkomplexe goufen extensiv studéiert an hunn villverspriechend Leeschtung fir OER an HER gewisen. Wéi och ëmmer, déi meescht vun dësen Elektrokatalysatoren erfuerderen méi héich Iwwerpotentialer wéi Edelmetall-baséiert Katalysatoren, an d'Verbesserung vun hirer Stabilitéit bleift entscheedend. Dofir gëtt et en dréngende Bedierfnes fir eng bëlleg an effizient alternativ Elektrodenstruktur mat héijer Aktivitéit a laangfristeg Stabilitéit fir effizient Waasserspaltung z'entwéckelen.

Am Beräich vun elektrochemeschen Uwendungen, zwou Haaptstrategien goufen benotzt fir Elektroden ze preparéieren. Déi éischt a meescht verbreet benotzt Technik beinhalt d'Benotzung vu Katalysatoren a pulveriséierter Form. Typesch gi Elektroden konstruéiert andeems se Schläimunge vun elektroaktiven Materialien, Konduktivitéitsverstärker a Klebstoff op konduktiven Substrater benotzt. Allerdéngs ass dës Approche net ouni Nodeeler. Den Haaptnodeel ass d'Ufuerderung fir en elektrescht isoléierend Bindemëttel, deen d'Kontaktgebitt tëscht dem Elektrolyt an dem Katalysator reduzéiert. Dëst kann zu Blockéierung vun de katalytesch aktive Siten féieren, wat zu héijer Resistenz a reduzéierter elektrokatalytescher Leeschtung resultéiert. Zousätzlech sinn d'Elektroden relativ onbestänneg, well de befestegt Katalysator éischter aus dem Leedungssubstrat bei héije Stroumdichten ofschielen. Déi zweet Haaptstrategie fir Elektrodenvirbereedung ass d'Benotzung vun Edelmetall-baséiert Materialien déi direkt op de konduktiven Substrat elektrodeponéiert ginn, wéi Nickelschaum, Kupferfolie, Kuelestoff oder Pabeier, FTO, Edelstol an Nickelfolie. Allerdéngs ass dës Approche net ouni seng Aschränkungen. Et ass schwéier den zougängleche Raum tëscht den deposéierten aktive Materialien präzis ze kontrolléieren an dofir reduzéiert d'Elektrodenleistung mat enger Erhéijung vun der Filmdécke wéinst der Onzougänglechkeet vum Substrat op déi katalytesch aktiv Siten dobannen. Ausserdeem behënnert d'Komplexitéit an d'héich Käschte vun der Method hir praktesch Uwendung staark. Dofir, d'Entwécklung vun Käschten-effikass fabrication Techniken firdreidimensional (3D) Elektrodenass néideg fir erfollegräich elektrochemesch Uwendungen.

D'Entwécklung vun neien dreidimensionalen metallesche Materialien mat porösen Strukturen an héije spezifesche Uewerflächeflächen huet bedeitend Opmierksamkeet ugezunn wéinst hirem Potenzial fir d'Ionendiffusiounslängt ze reduzéieren an d'ionesch an elektronesch Konduktivitéit ze erhéijen. Dofir ass eng villverspriechend Richtung fir Elektrokatalysator Design verschidde strukturell Dimensiounen ze kombinéieren fir e nanostrukturéierte Komposit vu Katalysatorträger ze kreéieren déi héich Konduktivitéit, grouss Uewerfläch an héich Stabilitéit ubidden.Néckel Schaum(NF), e kommerziell verfügbaren a preiswerte Material, gouf wäit als Substrat an Träger fir Elektrodenmaterialien benotzt wéinst senger wënschenswäerter dreidimensionaler oppener Pore Struktur, héijer elektrescher Konduktivitéit a grousser spezifescher Uewerfläch. Channels bannent den NFs bidden och e gudde Massentransfer a grousser Uewerfläch pro Eenheetsfläch. Verschidde Substrater, dorënner verschidde Metallschaume, Mesh, Folie a Stoffer, goufen als Sammler fir elektrochemesch Uwendungen exploréiert wéi Lithium-Ion Batterien, Superkondensatoren, Solarzellen a Waasserspaltung. Besonnesch porös NFs hunn opmierksam gemaach wéinst hirer niddereger Käschte, elektrescher Konduktivitéit a grousser elektroaktiver Uewerfläch, déi ideal ass fir Katalysatoren ze lueden an elektrochemesch aktive Site ze erhéijen. Zousätzlech hu porös NFs Virdeeler fir de Massentransport vun Elektrolyte ze verbesseren, sou datt se gëeegent Kandidaten fir Stroumkollektoren mat héijer Uewerfläch an Energieapplikatioune maachen. Direkte Wuesstum vun aktive Materialien op Nickelschaum verbessert och de Katalysator-Substratkontakt fir effizient Elektronentransfer a Waasserkrackreaktiounen. Wärend Supercapacitor a Batterieelektroden d'Haaptapplikatioune fir NFs bleiwen, hunn rezent Studien gewisen datt Elektrodenmaterialien, déi op dësem Material deposéiert sinn, eng super OER Aktivitéit hunn wéi Ni Folie an Netzer. Dës Materialien kënnen entweder an hirer natierlecher Form applizéiert ginn oder mat aktive Materialien dekoréiert ginn, an d'Schaim kënne souwuel als Sammler an Ënnerstëtzungssubstrater benotzt ginn. Also hält de Wuesstum vun engem nanostrukturéierten, äerdräiche katalytesche Material op NF Substrate Verspriechen fir d'Entwécklung vu fortgeschratt Elektrodenmaterialien fir Energielagerung / Konversiounsapparater. Obwuel Äerd-räich electrocatalysts direkt op Néckel Schaum ugebaut sinn allgemeng sinn, dräi-zweedimensional Elektroden op Néckel Schaum fir OERs an HERs sinn net extensiv ënnersicht ginn, obwuel si porös hierarchesch Strukturen déi bëlleg sinn an einfach ze fabrizéieren.