nature.com ಗೆ ಭೇಟಿ ನೀಡಿದ್ದಕ್ಕಾಗಿ ಧನ್ಯವಾದಗಳು. ನೀವು ಬಳಸುತ್ತಿರುವ ಬ್ರೌಸರ್ ಆವೃತ್ತಿಯು ಸೀಮಿತ CSS ಬೆಂಬಲವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಉತ್ತಮ ಅನುಭವಕ್ಕಾಗಿ, ಹೊಸ ಬ್ರೌಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಲು ನಾವು ಶಿಫಾರಸು ಮಾಡುತ್ತೇವೆ (ಅಥವಾ ಇಂಟರ್ನೆಟ್ ಎಕ್ಸ್‌ಪ್ಲೋರರ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೊಂದಾಣಿಕೆ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವುದು). ಈ ಮಧ್ಯೆ, ನಿರಂತರ ಬೆಂಬಲವನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು ಶೈಲಿಗಳು ಮತ್ತು ಜಾವಾಸ್ಕ್ರಿಪ್ಟ್ ಇಲ್ಲದೆ ಸೈಟ್ ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತೇವೆ.
CA ಎಣ್ಣೆಯಿಂದ (ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನಾಲ್ ಮಿಶ್ರಣ) ಅಡಿಪಿಕ್ ಆಮ್ಲದ (ನೈಲಾನ್ 66 ರ ಪೂರ್ವಗಾಮಿ) ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯು ಕಠಿಣ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದಾದ ಒಂದು ಸುಸ್ಥಿರ ತಂತ್ರವಾಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕ ಆಮ್ಲಜನಕ ವಿಕಸನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಅದರ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಕೆಲಸದಲ್ಲಿ, ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಮತ್ತು ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ (1.5–1.9 V vs. ರಿವರ್ಸಿಬಲ್ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್) ಹೆಚ್ಚಿನ ಫ್ಯಾರಡೈಕ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು (> 80%) ನಿರ್ವಹಿಸಲು ನಾವು ವೆನಾಡಿಯಮ್‌ನೊಂದಿಗೆ ನಿಕಲ್ ಡಬಲ್ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸುತ್ತೇವೆ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಮತ್ತು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ವೇಗವರ್ಧಿತ ವೇಗವರ್ಧಕ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಮತ್ತು ಸುಧಾರಿತ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಸೇರಿದಂತೆ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಎರಡು ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರಗಳನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿವೆ. ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯ ಪುರಾವೆಯಾಗಿ, ನಾವು ಕೈಗಾರಿಕಾವಾಗಿ ಸಂಬಂಧಿತ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ (300 mA cm-2) ಹೆಚ್ಚಿನ ಫ್ಯಾರಡೈಕ್ ದಕ್ಷತೆ (82%) ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದಕತೆ (1536 μmol cm-2 h-1) ಹೊಂದಿರುವ ಅಡಿಪಿಕ್ ಆಮ್ಲವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಪೊರೆಯ-ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಿದ್ದೇವೆ, ಆದರೆ ಸ್ಥಿರತೆ >50 h ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತೇವೆ. ಈ ಕೆಲಸವು ಅಡಿಪಿಕ್ ಆಮ್ಲದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದನಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಉತ್ಪಾದಕತೆ ಮತ್ತು ಕೈಗಾರಿಕಾ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ.
ಅಡಿಪಿಕ್ ಆಮ್ಲ (AA) ಅತ್ಯಂತ ಪ್ರಮುಖವಾದ ಅಲಿಫ್ಯಾಟಿಕ್ ಡೈಕಾರ್ಬಾಕ್ಸಿಲಿಕ್ ಆಮ್ಲಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ನೈಲಾನ್ 66 ಮತ್ತು ಇತರ ಪಾಲಿಮೈಡ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಪಾಲಿಮರ್‌ಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕೈಗಾರಿಕಾವಾಗಿ, AA ಅನ್ನು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನಾಲ್ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ (ಅಂದರೆ, AA ಎಣ್ಣೆ) ಮಿಶ್ರಣವನ್ನು 50-60 ವಾಲ್ಯೂಮ್% ನೈಟ್ರಿಕ್ ಆಮ್ಲವನ್ನು ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಏಜೆಂಟ್ ಆಗಿ ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಹಸಿರುಮನೆ ಅನಿಲಗಳಾಗಿ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತ ನೈಟ್ರಿಕ್ ಆಮ್ಲ ಮತ್ತು ಸಾರಜನಕ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳ (N2O ಮತ್ತು NOx) ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಪರಿಸರ ಕಾಳಜಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. H2O2 ಅನ್ನು ಪರ್ಯಾಯ ಹಸಿರು ಆಕ್ಸಿಡೈಸಿಂಗ್ ಏಜೆಂಟ್ ಆಗಿ ಬಳಸಬಹುದಾದರೂ, ಅದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಕಠಿಣ ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸಲು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ವೆಚ್ಚ-ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಮತ್ತು ಸುಸ್ಥಿರ ವಿಧಾನದ ಅಗತ್ಯವಿದೆ4,5,6.
ಕಳೆದ ದಶಕದಲ್ಲಿ, ನವೀಕರಿಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸುವ ಮತ್ತು ಸೌಮ್ಯ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ (ಉದಾ. ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶ ಮತ್ತು ಸುತ್ತುವರಿದ ಒತ್ತಡ) ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಅನುಕೂಲಗಳಿಂದಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ರಾಸಾಯನಿಕ ಮತ್ತು ಇಂಧನ ಸಂಶ್ಲೇಷಣಾ ವಿಧಾನಗಳು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಮನವನ್ನು ಸೆಳೆದಿವೆ. 7,8,9,10. ಈ ನಿಟ್ಟಿನಲ್ಲಿ, ಮೇಲಿನ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಹಾಗೂ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಎದುರಾಗುವ ನೈಟ್ರಿಕ್ ಆಮ್ಲ ಮತ್ತು ನೈಟ್ರಸ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಲು KA ತೈಲವನ್ನು AA ಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಬಹಳ ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 1a). ಪೆಟ್ರೋಸ್ಯಾನ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ಪ್ರವರ್ತಕ ಕೆಲಸವನ್ನು ಮಾಡಿದರು, ಅವರು ನಿಕಲ್ ಆಕ್ಸಿಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ (NiOOH) ಮೇಲೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ (COR; ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅಥವಾ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನಾಲ್ ಅನ್ನು KA ತೈಲವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುವಂತೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ) ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ವರದಿ ಮಾಡಿದರು, ಆದರೆ ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ (6 mA cm-2) ಮತ್ತು ಮಧ್ಯಮ AA ಇಳುವರಿ (52%) ಪಡೆಯಲಾಯಿತು11,12. ಅಂದಿನಿಂದ, COR ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ನಿಕಲ್-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಗತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಗಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್13 ನಲ್ಲಿ Cα–Cβ ಸೀಳನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸಲು ತಾಮ್ರ-ಡೋಪ್ ಮಾಡಿದ ನಿಕಲ್ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ (Cu-Ni(OH)2) ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸಲಾಯಿತು. ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್14 ಅನ್ನು ಉತ್ಕೃಷ್ಟಗೊಳಿಸುವ ಹೈಡ್ರೋಫೋಬಿಕ್ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಪರಿಸರವನ್ನು ರಚಿಸಲು ಸೋಡಿಯಂ ಡೋಡೆಸಿಲ್ ಸಲ್ಫೋನೇಟ್ (SDS) ನೊಂದಿಗೆ ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ Ni(OH)2 ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ನಾವು ಇತ್ತೀಚೆಗೆ ವರದಿ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ.
a KA ಎಣ್ಣೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದಿಂದ AA ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಸವಾಲುಗಳು. b ಹಿಂದೆ ವರದಿ ಮಾಡಲಾದ Ni-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ COR ಮತ್ತು ಮೂರು-ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಹರಿವಿನ ಬ್ಯಾಟರಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ನಮ್ಮ ವೇಗವರ್ಧಕದ ಹೋಲಿಕೆ11,13,14,16,26. ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ನಿಯತಾಂಕಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಕುರಿತು ವಿವರವಾದ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕಗಳು 1 ಮತ್ತು 2 ರಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ. c H-ಕೋಶ ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ಮತ್ತು MEA ನಲ್ಲಿ COR ಗಾಗಿ ನಮ್ಮ NiV-LDH-NS ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ, ಇದು ವ್ಯಾಪಕ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ.
ಮೇಲಿನ ವಿಧಾನಗಳು COR ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಿದರೂ, ವಿವರಿಸಿದ Ni-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ AA ಫ್ಯಾರಡೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು (FE) (FE) (>80%) ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ತೋರಿಸಿದವು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ (RHE, ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ VRHE) ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ 1.6 V ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ. ಹೀಗಾಗಿ, AA ಯ ವರದಿಯಾದ ಭಾಗಶಃ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ (ಅಂದರೆ, ಒಟ್ಟು ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು FE ನಿಂದ ಗುಣಿಸಿದಾಗ) ಯಾವಾಗಲೂ 60 mA cm−2 ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 1b ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 1). ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳಿಗಿಂತ (>200 mA cm−2)15 ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ-ಥ್ರೂಪುಟ್ AA ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಗಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 1a; ಮೇಲ್ಭಾಗ). ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು, ಹೆಚ್ಚು ಧನಾತ್ಮಕ ವಿಭವ (ಮೂರು-ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ) ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ (ಎರಡು-ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ) ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು, ಇದು ಅನೇಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ರೂಪಾಂತರಗಳಿಗೆ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಆಮ್ಲಜನಕ ವಿಕಸನ ಕ್ರಿಯೆಗೆ (OER) ಸರಳ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ COR ಗೆ, OER AA ಯ FE ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪ್ರತಿಸ್ಪರ್ಧಿಯಾಗಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಶಕ್ತಿಯ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 1a; ಕೆಳಗೆ). ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಹಿಂದಿನ ಪ್ರಗತಿಯನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಿದಾಗ (ಚಿತ್ರ 1b ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 1), ಅನ್ವಯಿಕ ವಿಭವವು 1.5 VRHE ನಿಂದ 1.7 VRHE14 ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದರೊಂದಿಗೆ SDS-ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ Ni(OH)2 ನಲ್ಲಿ AA ಯ FE 93% ರಿಂದ 76% ಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿರುವುದನ್ನು ಕಂಡು ನಾವು ನಿರಾಶೆಗೊಂಡಿದ್ದೇವೆ, ಆದರೆ CuxNi1-x(OH)2/CF ನಲ್ಲಿ AA ಯ FE 1.52 VRHE ನಿಂದ 1.62 VRHE16 ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದರೊಂದಿಗೆ 93% ರಿಂದ 69% ಕ್ಕೆ ಇಳಿಯುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, AA ಯ ವರದಿಯಾದ ಭಾಗಶಃ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಮಾಣಾನುಗುಣವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು AA ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಸುಧಾರಣೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, AA ಯ ಕಡಿಮೆ FE ಯಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಉಲ್ಲೇಖಿಸಬಾರದು. ನಿಕಲ್ ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಜೊತೆಗೆ, ಕೋಬಾಲ್ಟ್ ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು COR17,18,19 ರಲ್ಲಿ ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ದಕ್ಷತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು Ni-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಅವು ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೆಲೆ ಏರಿಳಿತಗಳು ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ದಾಸ್ತಾನುಗಳು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ AA ಇಳುವರಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿಸಲು COR ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು FE ಹೊಂದಿರುವ Ni-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವುದು ಅಪೇಕ್ಷಣೀಯವಾಗಿದೆ.
ಈ ಕೆಲಸದಲ್ಲಿ, ನಾವು ವೆನಾಡಿಯಮ್(V)-ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ ನಿಕಲ್ ಲೇಯರ್ಡ್ ಡಬಲ್ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳನ್ನು (NiV-LDH-NS) COR ಮೂಲಕ AA ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಸ್ಟ್‌ಗಳಾಗಿ ವರದಿ ಮಾಡುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ನಿಗ್ರಹಿಸಲಾದ OER ನೊಂದಿಗೆ ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, H-ಕೋಶಗಳು ಮತ್ತು ಮೆಂಬರೇನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಅಸೆಂಬ್ಲಿಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಮತ್ತು ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ (MEAs; ಚಿತ್ರ 1 b). ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ Ni(OH)2 ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್ ವೇಗವರ್ಧಕ (Ni(OH)2-NS) ಮೇಲಿನ ಅಸಿಟಲೀನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ದಕ್ಷತೆಯು ನಿರೀಕ್ಷೆಯಂತೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಗಳಲ್ಲಿ, 1.5 VRHE ನಲ್ಲಿ 80% ರಿಂದ 1.9 VRHE ನಲ್ಲಿ 42% ಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಮೊದಲು ತೋರಿಸುತ್ತೇವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ತದ್ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, Ni(OH)2 ಅನ್ನು V ಯೊಂದಿಗೆ ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ ನಂತರ, NiV-LDH-NS ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಅನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಿತು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 1.9 VRHE ನಲ್ಲಿ, ಇದು 170 mA cm−2 ಮತ್ತು 83% ನ FE ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ, ಇದು ಮೂರು-ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ COR ಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಅನುಕೂಲಕರ ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 1c ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 1). ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಮತ್ತು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ದತ್ತಾಂಶಗಳು V ಮಾರ್ಪಾಡು Ni(OH)2 ನಿಂದ ಹೈ-ವೇಲೆಂಟ್ Ni ಆಕ್ಸಿಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳಿಗೆ (Ni3+xOOH1-x) ಕಡಿತ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು COR ಗೆ ಸಕ್ರಿಯ ಹಂತವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, V ಮಾರ್ಪಾಡು ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿತು, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ OER ಅನ್ನು ನಿಗ್ರಹಿಸುವಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರ ವಹಿಸಿತು. ಹೆಚ್ಚು ವಾಸ್ತವಿಕ ಸನ್ನಿವೇಶದಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲು, ನಾವು MEA ಹರಿವಿನ ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು ಕೈಗಾರಿಕಾವಾಗಿ ಸಂಬಂಧಿತ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ (300 mA cm−2) AA (82%) ನ FE ಅನ್ನು ತೋರಿಸಿದ್ದೇವೆ, ಇದು ಮೆಂಬರೇನ್ ಹರಿವಿನ ರಿಯಾಕ್ಟರ್‌ನಲ್ಲಿ ನಮ್ಮ ಹಿಂದಿನ ಫಲಿತಾಂಶಗಳಿಗಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 1b ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 2). AA (1536 μmol cm−2 h−1) ನ ಅನುಗುಣವಾದ ಇಳುವರಿಯು ಉಷ್ಣ ವೇಗವರ್ಧಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು (<30 mmol gcatalyst−1 h−1)4 ಬಳಸಿ ಪಡೆದ ಇಳುವರಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ವೇಗವರ್ಧಕವು MEA ಅನ್ನು ಬಳಸುವಾಗ ಉತ್ತಮ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿತು, 200 mA cm−2 ನಲ್ಲಿ 60 h ಗೆ FE >80% AA ಅನ್ನು ಮತ್ತು 300 mA cm−2 ನಲ್ಲಿ 58 h ಗೆ FE >70% AA ಅನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಿತು. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯತಾ ಅಧ್ಯಯನ (FEA) AA ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ತಂತ್ರದ ವೆಚ್ಚ-ಪರಿಣಾಮಕಾರಿತ್ವವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು.
ಹಿಂದಿನ ಸಾಹಿತ್ಯದ ಪ್ರಕಾರ, Ni(OH)2 ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿದ್ದು ಅದು COR ಗೆ ಉತ್ತಮ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ Ni(OH)2-NS13,14 ಅನ್ನು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಸಹ-ಅವಕ್ಷೇಪಣ ವಿಧಾನದ ಮೂಲಕ ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸಲಾಯಿತು. ಮಾದರಿಗಳು β-Ni(OH)2 ರಚನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದವು, ಇದನ್ನು ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಡಿಫ್ರಾಕ್ಷನ್ (XRD; ಚಿತ್ರ 2a) ನಿಂದ ದೃಢಪಡಿಸಲಾಯಿತು, ಮತ್ತು ಅತಿ-ತೆಳುವಾದ ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳನ್ನು (ದಪ್ಪ: 2–3 nm, ಪಾರ್ಶ್ವ ಗಾತ್ರ: 20–50 nm) ಹೆಚ್ಚಿನ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಮಿಷನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (HRTEM; ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 1) ಮತ್ತು ಪರಮಾಣು ಬಲ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (AFM) ಅಳತೆಗಳಿಂದ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 2) ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು. ಅತಿ-ತೆಳುವಾದ ಸ್ವಭಾವದಿಂದಾಗಿ ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳ ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಸಹ ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು.
Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ಎಕ್ಸ್-ರೇ ವಿವರ್ತನೆ ಮಾದರಿಗಳು. b Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು c NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ FE, ಥ್ರೋಪುಟ್ ಮತ್ತು AA ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ವಿಭಿನ್ನ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ. ದೋಷ ಪಟ್ಟಿಗಳು ಒಂದೇ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಮೂರು ಸ್ವತಂತ್ರ ಅಳತೆಗಳ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಚಲನವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ. d NV-LDH-NS ನ HRTEM ಚಿತ್ರ. ಸ್ಕೇಲ್ ಬಾರ್: 20 nm. NiV-LDH-NS ನ HAADF-STEM ಚಿತ್ರ ಮತ್ತು Ni (ಹಸಿರು), V (ಹಳದಿ), ಮತ್ತು O (ನೀಲಿ) ವಿತರಣೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುವ ಅನುಗುಣವಾದ ಧಾತುರೂಪದ ನಕ್ಷೆ. ಸ್ಕೇಲ್ ಬಾರ್: 100 nm. f Ni 2p3/2, g O 1 s, ಮತ್ತು h V 2p3/2 Ni(OH)2-NS (ಮೇಲ್ಭಾಗ) ಮತ್ತು NiV-LDH-NS (ಕೆಳಗೆ) ನ XPS ಡೇಟಾ. i FE ಮತ್ತು j ಗಳು 7 ಚಕ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಎರಡು ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಮೇಲಿನ AA ಪ್ರದರ್ಶನಗಳಾಗಿವೆ. ದೋಷ ಪಟ್ಟಿಗಳು ಒಂದೇ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಮೂರು ಸ್ವತಂತ್ರ ಅಳತೆಗಳ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಚಲನವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು 10% ಒಳಗೆ ಇರುತ್ತವೆ. a–c ಮತ್ತು f–j ಗಾಗಿ ಕಚ್ಚಾ ದತ್ತಾಂಶವನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ದತ್ತಾಂಶ ಫೈಲ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಒದಗಿಸಲಾಗಿದೆ.
ನಂತರ ನಾವು COR ಮೇಲೆ Ni(OH)2-NS ನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಿದೆವು. ಸ್ಥಿರ ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು, OER ಇಲ್ಲದೆ ಕಡಿಮೆ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿ (1.5 VRHE) ನಾವು AA ನ 80% FE ಅನ್ನು ಪಡೆದುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ (ಚಿತ್ರ 2b), ಇದು ಕಡಿಮೆ ಆನೋಡಿಕ್ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಗಳಲ್ಲಿ COR OER ಗಿಂತ ಶಕ್ತಿಯುತವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚು ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಮುಖ್ಯ ಉಪ-ಉತ್ಪನ್ನವೆಂದರೆ 3% FE ಹೊಂದಿರುವ ಗ್ಲುಟಾರಿಕ್ ಆಮ್ಲ (GA) ಎಂದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ಸಕ್ಸಿನಿಕ್ ಆಮ್ಲ (SA), ಮಾಲೋನಿಕ್ ಆಮ್ಲ (MA), ಮತ್ತು ಆಕ್ಸಲಿಕ್ ಆಮ್ಲ (OA) ಗಳ ಜಾಡಿನ ಪ್ರಮಾಣಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು HPLC ಯಿಂದ ಪ್ರಮಾಣೀಕರಿಸಲಾಗಿದೆ (ಉತ್ಪನ್ನ ವಿತರಣೆಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 3 ನೋಡಿ). ಉತ್ಪನ್ನದಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಫಾರ್ಮಿಕ್ ಆಮ್ಲ ಪತ್ತೆಯಾಗಿಲ್ಲ, ಇದು ಕಾರ್ಬೋನೇಟ್ ಅನ್ನು C1 ಉಪ-ಉತ್ಪನ್ನವಾಗಿ ರೂಪಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಊಹೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು, 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಸಂಪೂರ್ಣ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಅನ್ನು ಆಮ್ಲೀಕರಣಗೊಳಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಅನಿಲ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು Ca(OH)2 ದ್ರಾವಣದ ಮೂಲಕ ರವಾನಿಸಲಾಯಿತು. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ದ್ರಾವಣವು ಮೋಡ ಕವಿದಂತಾಯಿತು, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ನಂತರ ಕಾರ್ಬೋನೇಟ್ ರಚನೆಯನ್ನು ದೃಢಪಡಿಸಿತು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಒಟ್ಟು ವಿದ್ಯುತ್ ಕಡಿಮೆ ಇರುವುದರಿಂದ (ಚಿತ್ರ 2b, c), ಕಾರ್ಬೋನೇಟ್‌ನ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಕಡಿಮೆ ಮತ್ತು ಪರಿಮಾಣೀಕರಿಸಲು ಕಷ್ಟ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಇತರ C2-C5 ಉತ್ಪನ್ನಗಳು ಸಹ ರೂಪುಗೊಳ್ಳಬಹುದು, ಆದರೆ ಅವುಗಳ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಪರಿಮಾಣೀಕರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಉತ್ಪನ್ನಗಳ ಒಟ್ಟು ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಪರಿಮಾಣೀಕರಿಸಲು ಕಷ್ಟವಾಗಿದ್ದರೂ, ಒಟ್ಟು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಸಮಾನತೆಯ 90% ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ನಮ್ಮ ಯಾಂತ್ರಿಕ ತಿಳುವಳಿಕೆಗೆ ಆಧಾರವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದಾಗಿ (20 mA cm−2), AA ಯ ಇಳುವರಿ 97 μmol cm−2 h−1 (ಚಿತ್ರ 2b), ವೇಗವರ್ಧಕದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಲೋಡಿಂಗ್ (5 mg cm−2) ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ 19 mmol h−1 g−1 ಗೆ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಉಷ್ಣ ವೇಗವರ್ಧಕ ಉತ್ಪಾದಕತೆ (~30 mmol h−1 g−1)1 ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಅನ್ವಯಿಕ ವಿಭವವು 1.5 ರಿಂದ 1.9 VRHE ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಒಟ್ಟಾರೆ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾದರೂ (20 ರಿಂದ 114 mA cm−2), ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ AA FE ನಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಇಳಿಕೆ ಕಂಡುಬಂದಿದೆ, 80% ರಿಂದ 42% ಕ್ಕೆ. ಹೆಚ್ಚು ಸಕಾರಾತ್ಮಕ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ FE ಯಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ OER ಗಾಗಿ ಸ್ಪರ್ಧೆಯಿಂದಾಗಿ. ವಿಶೇಷವಾಗಿ 1.7 VRHE ನಲ್ಲಿ, OER ಸ್ಪರ್ಧೆಯು AA FE ಯಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಇಳಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಒಟ್ಟಾರೆ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದರೊಂದಿಗೆ AA ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, AA ಯ ಭಾಗಶಃ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 16 ರಿಂದ 48 mA cm−2 ಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು ಮತ್ತು AA ಉತ್ಪಾದಕತೆ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು (97 ರಿಂದ 298 μmol cm−2 h−1), ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸಲಾಯಿತು (2.5 W h gAA−1 1.5 ರಿಂದ 1.9 VRHE ಗೆ ಹೆಚ್ಚು), ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ 2.7 g CO2 gAA−1 ರಷ್ಟು ಇಂಗಾಲದ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಳವಾಯಿತು (ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದ ವಿವರಗಳನ್ನು ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 1 ರಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ). ಹೆಚ್ಚಿನ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ COR ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗೆ ಪ್ರತಿಸ್ಪರ್ಧಿಯಾಗಿ ಹಿಂದೆ ಗುರುತಿಸಲಾದ OER ಹಿಂದಿನ ವರದಿಗಳೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು AA ಉತ್ಪಾದಕತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಸಾಮಾನ್ಯ ಸವಾಲನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ14,17.
ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾದ Ni(OH)2-NS-ಆಧಾರಿತ COR ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು, ನಾವು ಮೊದಲು ಸಕ್ರಿಯ ಹಂತವನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ. ನಮ್ಮ ಇನ್ ಸಿತು ರಾಮನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಫಲಿತಾಂಶಗಳಲ್ಲಿ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 4) 473 cm-1 ಮತ್ತು 553 cm-1 ನಲ್ಲಿ ಶಿಖರಗಳನ್ನು ನಾವು ಗಮನಿಸಿದ್ದೇವೆ, ಇದು ಕ್ರಮವಾಗಿ NiOOH ನಲ್ಲಿ Ni3+-O ಬಂಧಗಳ ಬಾಗುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಹಿಗ್ಗುವಿಕೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. NiOOH ಎಂಬುದು Ni(OH)2 ಕಡಿತ ಮತ್ತು ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ Ni(OH)O ಸಂಗ್ರಹಣೆಯ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದು ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದಲ್ಲಿ ಸಕ್ರಿಯ ಹಂತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ದಾಖಲಿಸಲಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, Ni(OH)2 ನ ಹಂತ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು NiOOH ಗೆ ವೇಗಗೊಳಿಸುವುದರಿಂದ COR ನ ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು ಎಂದು ನಾವು ನಿರೀಕ್ಷಿಸುತ್ತೇವೆ.
ಪರಿವರ್ತನಾ ಲೋಹದ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳು/ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳು22,23,24 ರಲ್ಲಿ ಹೆಟೆರೊಆಟಮ್ ಮಾರ್ಪಾಡು ಹಂತ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಗಮನಿಸಿದಾಗಿನಿಂದ ನಾವು Ni(OH)2 ಅನ್ನು ವಿಭಿನ್ನ ಲೋಹಗಳೊಂದಿಗೆ ಮಾರ್ಪಡಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಮಾದರಿಗಳನ್ನು Ni ಮತ್ತು ಎರಡನೇ ಲೋಹದ ಪೂರ್ವಗಾಮಿಯ ಸಹ-ಶೇಖರಣೆಯಿಂದ ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸಲಾಯಿತು. ವಿಭಿನ್ನ ಲೋಹ-ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ ಮಾದರಿಗಳಲ್ಲಿ, V-ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ ಮಾದರಿ (V:Ni ಪರಮಾಣು ಅನುಪಾತ 1:8) (NiV-LDH-NS ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತದೆ) COR ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 5) ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿಂಡೋದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ AA FE. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಕಡಿಮೆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿ (1.5 VRHE), NiV-LDH-NS ನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು Ni(OH)2-NS (39 vs. 20 mA cm−2) ಗಿಂತ 1.9 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು AA FE ಎರಡೂ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಲ್ಲಿ ಹೋಲಿಸಬಹುದಾಗಿದೆ (83% vs. 80%). ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಇದೇ ರೀತಿಯ FE AA ಕಾರಣ, NiV-LDH-NS ನ ಉತ್ಪಾದಕತೆಯು Ni(OH)2-NS (204 vs. 97 μmol cm−2 h−1) ಗಿಂತ 2.1 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ಇದು ಕಡಿಮೆ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಮೇಲೆ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಉತ್ತೇಜಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 2c).
ಅನ್ವಯಿಕ ವಿಭವ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ (ಉದಾ. 1.9 VRHE), NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು Ni(OH)2-NS (170 vs. 114 mA cm−2) ಗಿಂತ 1.5 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಳವು ಕಡಿಮೆ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ (1.9 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚು) ಹೋಲುತ್ತದೆ. ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ, NiV-LDH-NS ಹೆಚ್ಚಿನ AA FE (83%) ಅನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಂಡಿದೆ ಮತ್ತು OER ಅನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ನಿಗ್ರಹಿಸಲಾಯಿತು (O2 FE 4%; ಚಿತ್ರ 2c), ಹೆಚ್ಚಿನ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಕಡಿಮೆ AA FE ಹೊಂದಿರುವ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು ಹಿಂದೆ ವರದಿ ಮಾಡಲಾದ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳನ್ನು ಮೀರಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 1). ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿಂಡೋದಲ್ಲಿ (1.5–1.9 VRHE) AA ಯ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಕಾರಣ, 1.9 VRHE ನಲ್ಲಿ 867 μmol cm−2 h−1 (174.3 mmol g−1 h−1 ಗೆ ಸಮ) AA ಉತ್ಪಾದನೆಯ ದರವನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಯಿತು, NiV-LDH-NS ಮಾದರಿಗಳ ಒಟ್ಟು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಲೋಡಿಂಗ್‌ನಿಂದ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯೀಕರಿಸಿದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಮತ್ತು ಥರ್ಮೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಅನುಕೂಲಕರ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲಾಯಿತು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 6).
Ni(OH)2 ಅನ್ನು V ಯೊಂದಿಗೆ ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ ನಂತರ ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಅನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು NiV-LDH-NS ನ ರಚನೆಯನ್ನು ನಿರೂಪಿಸಿದ್ದೇವೆ. XRD ಫಲಿತಾಂಶಗಳು V ಯೊಂದಿಗಿನ ಮಾರ್ಪಾಡು β-Ni(OH)2 ನಿಂದ α-Ni(OH)2 ಗೆ ಹಂತದ ಪರಿವರ್ತನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು ಮತ್ತು ಯಾವುದೇ V-ಸಂಬಂಧಿತ ಸ್ಫಟಿಕ ಪ್ರಭೇದಗಳು ಪತ್ತೆಯಾಗಿಲ್ಲ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ (ಚಿತ್ರ 2a). HRTEM ಫಲಿತಾಂಶಗಳು NiV-LDH-NS ಅಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್ Ni(OH)2-NS ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಆನುವಂಶಿಕವಾಗಿ ಪಡೆಯುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದೇ ರೀತಿಯ ಪಾರ್ಶ್ವ ಆಯಾಮಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 2d). AFM ಮಾಪನಗಳು ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳ ಬಲವಾದ ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸುವಿಕೆಯ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದವು, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಸುಮಾರು 7 nm (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 7) ಅಳೆಯಬಹುದಾದ ದಪ್ಪವು ಕಂಡುಬಂದಿತು, ಇದು Ni(OH)2-NS (ದಪ್ಪ: 2–3 nm) ಗಿಂತ ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ. ಶಕ್ತಿ-ಪ್ರಸರಣ ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (EDS) ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ (ಚಿತ್ರ 2e) V ಮತ್ತು Ni ಅಂಶಗಳು ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಚೆನ್ನಾಗಿ ವಿತರಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿವೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ. V ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ರಚನೆ ಮತ್ತು Ni ಮೇಲೆ ಅದರ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸಲು, ನಾವು ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಫೋಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (XPS) ಅನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ (ಚಿತ್ರ 2f–h). Ni(OH)2-NS Ni2+ ನ ವಿಶಿಷ್ಟ ಸ್ಪಿನ್-ಆರ್ಬಿಟ್ ಶಿಖರಗಳನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು (ಸ್ತ್ರೀ ಶಿಖರ 855.6 eV ನಲ್ಲಿ, ಉಪಗ್ರಹ ಶಿಖರ 861.1 eV ನಲ್ಲಿ, ಚಿತ್ರ 2f)25. Ni(OH)2-NS ನ O 1 s XPS ವರ್ಣಪಟಲವನ್ನು ಮೂರು ಶಿಖರಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು, ಅವುಗಳಲ್ಲಿ 529.9, 530.9 ಮತ್ತು 532.8 eV ನಲ್ಲಿರುವ ಶಿಖರಗಳು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಆಮ್ಲಜನಕ (OL), ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಲ್ ಗುಂಪು (Ni-OH) ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈ ದೋಷಗಳ ಮೇಲೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಆಮ್ಲಜನಕಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಿವೆ (ಚಿತ್ರ 2g)26,27,28,29. V ಯೊಂದಿಗೆ ಮಾರ್ಪಾಡು ಮಾಡಿದ ನಂತರ, V 2p3/2 ಶಿಖರವು ಕಾಣಿಸಿಕೊಂಡಿತು, ಇದನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ 517.1 eV (V5+), 516.6 eV (V4+) ಮತ್ತು 515.8 eV (V3+) ನಲ್ಲಿ ಇರುವ ಮೂರು ಶಿಖರಗಳಾಗಿ ವಿಭಜಿಸಬಹುದು, ಇದು ರಚನೆಯಲ್ಲಿನ V ಪ್ರಭೇದಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿವೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 2h)25,30,31. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ 855.4 eV ನಲ್ಲಿರುವ Ni 2p ಶಿಖರವು Ni(OH)2-NS ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿ (ಸುಮಾರು 0.2 eV ಯಿಂದ) ಬದಲಾಯಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ, ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು V ನಿಂದ Ni ಗೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ನಂತರ ಗಮನಿಸಿದ Ni ನ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು Ni K- ಅಂಚಿನ ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಹತ್ತಿರದ-ಅಂಚಿನ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (XANES) ಫಲಿತಾಂಶಗಳೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದೆ (ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಕೆಳಗಿನ “V ಮಾರ್ಪಾಡು ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಡಿತವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ” ವಿಭಾಗವನ್ನು ನೋಡಿ). 1 ಗಂಟೆಯ COR ಚಿಕಿತ್ಸೆಯ ನಂತರ NiV-LDH-NS ಅನ್ನು NiV-LDH-POST ಎಂದು ಗೊತ್ತುಪಡಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ಮಿಷನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ, EDS ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್, ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಡಿಫ್ರಾಕ್ಷನ್, ರಾಮನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಮತ್ತು XPS ಅಳತೆಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ನಿರೂಪಿಸಲಾಯಿತು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 8 ಮತ್ತು 9). ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಅಲ್ಟ್ರಾಥಿನ್ ನ್ಯಾನೋಶೀಟ್ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನದೊಂದಿಗೆ ಸಮುಚ್ಚಯಗಳಾಗಿ ಉಳಿದಿವೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 8a-c). ಮಾದರಿಗಳ ಸ್ಫಟಿಕೀಯತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು ಮತ್ತು V ಸೋರಿಕೆ ಮತ್ತು ವೇಗವರ್ಧಕ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದಿಂದಾಗಿ V ಅಂಶ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 8d-f). XPS ವರ್ಣಪಟಲವು V ಗರಿಷ್ಠ ತೀವ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ಇಳಿಕೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 9), ಇದು V ಸೋರಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, O 1s ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 9d) ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ಯಾರಾಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ ರೆಸೋನೆನ್ಸ್ (EPR) ಮಾಪನಗಳು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 10) 1 ಗಂಟೆಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ನಂತರ NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಜನಕ ಖಾಲಿ ಜಾಗಗಳ ಪ್ರಮಾಣ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ, ಇದು Ni 2p ಬಂಧಕ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿ ನಕಾರಾತ್ಮಕ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು (ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 9 ಮತ್ತು 10 ನೋಡಿ) 26,27,32,33. ಹೀಗಾಗಿ, COR ನ 1 ಗಂಟೆಯ ನಂತರ NiV-LDH-NS ಕಡಿಮೆ ರಚನಾತ್ಮಕ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ.
COR ಅನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುವಲ್ಲಿ V ಯ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರವನ್ನು ದೃಢೀಕರಿಸಲು, ನಾವು 1:8 ಹೊರತುಪಡಿಸಿ, ವಿಭಿನ್ನ V:Ni ಪರಮಾಣು ಅನುಪಾತಗಳೊಂದಿಗೆ (ಕ್ರಮವಾಗಿ 1:32, 1:16, ಮತ್ತು 1:4, NiV-32, NiV-16, ಮತ್ತು NiV-4 ಎಂದು ಗೊತ್ತುಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ) NiV-LDH ವೇಗವರ್ಧಕಗಳನ್ನು ಒಂದೇ ಸಹ-ಅವಕ್ಷೇಪಣ ವಿಧಾನದಿಂದ ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ. EDS ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ವೇಗವರ್ಧಕದಲ್ಲಿನ V:Ni ಪರಮಾಣು ಅನುಪಾತವು ಪೂರ್ವಗಾಮಿಯ ಅನುಪಾತಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 11a–e). V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ, V 2p ವರ್ಣಪಟಲದ ತೀವ್ರತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು Ni 2p ಪ್ರದೇಶದ ಬಂಧಕ ಶಕ್ತಿಯು ನಿರಂತರವಾಗಿ ಋಣಾತ್ಮಕ ಬದಿಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 12). ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, OL ನ ಪ್ರಮಾಣವು ಕ್ರಮೇಣ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು. ವೇಗವರ್ಧಕ ಪರೀಕ್ಷೆಯ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಕನಿಷ್ಠ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ನಂತರವೂ (1:32 ರ V:Ni ಪರಮಾಣು ಅನುಪಾತ) O2 FE 27% ರಿಂದ 11% ಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರೊಂದಿಗೆ, V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ನಂತರವೂ OER ಅನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿಗ್ರಹಿಸಬಹುದು ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 11f). V:Ni ಅನುಪಾತವು 1:32 ರಿಂದ 1:8 ಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು. ಆದಾಗ್ಯೂ, V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಮತ್ತಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ (1:4 ರ V:Ni ಅನುಪಾತ), ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು Ni ಸಕ್ರಿಯ ಸೈಟ್‌ಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆಯಿಂದಾಗಿ ಎಂದು ನಾವು ಊಹಿಸುತ್ತೇವೆ (ವಿಶೇಷವಾಗಿ NiOOH ಸಕ್ರಿಯ ಹಂತ; ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 11f). V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಉತ್ತೇಜಕ ಪರಿಣಾಮ ಮತ್ತು Ni ಸಕ್ರಿಯ ಸೈಟ್‌ಗಳ ಸಂರಕ್ಷಣೆಯಿಂದಾಗಿ, 1:8 ರ V:Ni ಅನುಪಾತವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವೇಗವರ್ಧಕವು V:Ni ಅನುಪಾತ ಸ್ಕ್ರೀನಿಂಗ್ ಪರೀಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಧಿಕ FE ಮತ್ತು AA ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ನಂತರ V:Ni ಅನುಪಾತವು ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಉಳಿದಿದೆಯೇ ಎಂದು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸಲು, ಬಳಸಿದ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ನಿರೂಪಿಸಲಾಗಿದೆ. 1:16 ರಿಂದ 1:4 ರವರೆಗಿನ ಆರಂಭಿಕ V:Ni ಅನುಪಾತಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಿಗೆ, ಕ್ರಿಯೆಯ ನಂತರ V:Ni ಅನುಪಾತವು ಸುಮಾರು 1:22 ಕ್ಕೆ ಇಳಿದಿದೆ ಎಂದು ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ವೇಗವರ್ಧಕ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದಿಂದಾಗಿ V ಸೋರಿಕೆಯಾಗುವುದರಿಂದಾಗಿರಬಹುದು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 13). ಆರಂಭಿಕ V:Ni ಅನುಪಾತವು 1:16 ಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿ ಅಥವಾ ಅದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ಹೋಲಿಸಬಹುದಾದ AA FE ಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 11f), ಇದನ್ನು ವೇಗವರ್ಧಕ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದಿಂದ ವಿವರಿಸಬಹುದು, ಇದು ಹೋಲಿಸಬಹುದಾದ ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುವ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಲ್ಲಿ ಇದೇ ರೀತಿಯ V:Ni ಅನುಪಾತಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ.
COR ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವಲ್ಲಿ V-ಮಾರ್ಪಡಿಸಿದ Ni(OH)2 ನ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ದೃಢೀಕರಿಸಲು, Ni(OH)2-NS ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ V ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲು ನಾವು ಎರಡು ಇತರ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಒಂದು ಮಿಶ್ರಣ ವಿಧಾನ, ಮತ್ತು ಮಾದರಿಯನ್ನು NiV-MIX ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ; ಇನ್ನೊಂದು ಅನುಕ್ರಮ ಸ್ಪಟ್ಟರಿಂಗ್ ವಿಧಾನ, ಮತ್ತು ಮಾದರಿಯನ್ನು NiV-SP ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಯ ವಿವರಗಳನ್ನು ವಿಧಾನಗಳ ವಿಭಾಗದಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ. SEM-EDS ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್ ಎರಡೂ ಮಾದರಿಗಳ Ni(OH)2-NS ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ V ಅನ್ನು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಮಾರ್ಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 14). ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು 1.8 VRHE ನಲ್ಲಿ, NiV-MIX ಮತ್ತು NiV-SP ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳ ಮೇಲಿನ AA ದಕ್ಷತೆಯು ಕ್ರಮವಾಗಿ 78% ಮತ್ತು 79% ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಎರಡೂ Ni(OH)2-NS (51%) ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, NiV-MIX ಮತ್ತು NiV-SP ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಗಳ ಮೇಲಿನ OER ಅನ್ನು Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%) ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ನಿಗ್ರಹಿಸಲಾಯಿತು (ಕ್ರಮವಾಗಿ FE O2: 7% ಮತ್ತು 2%). ಈ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು Ni(OH)2 ನಲ್ಲಿ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ OER ನಿಗ್ರಹದ ಮೇಲೆ ಸಕಾರಾತ್ಮಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ದೃಢಪಡಿಸುತ್ತವೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 14). ಆದಾಗ್ಯೂ, ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಸ್ಥಿರತೆಯು ರಾಜಿ ಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟಿತು, ಇದು ಏಳು COR ಚಕ್ರಗಳ ನಂತರ NiV-MIX ನಲ್ಲಿ FE AA 45% ಗೆ ಮತ್ತು NiV-SP ನಲ್ಲಿ 35% ಗೆ ಇಳಿಕೆಯಿಂದ ಪ್ರತಿಫಲಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು V ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸಲು ಸೂಕ್ತ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಅಗತ್ಯವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ Ni(OH)2 ಜಾಲರಿಯಲ್ಲಿ V ಮಾರ್ಪಾಡು, ಇದು ಈ ಕೆಲಸದಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿದೆ.
ನಾವು COR ಅನ್ನು ಬಹು ಚಕ್ರಗಳಿಗೆ ಒಳಪಡಿಸುವ ಮೂಲಕ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರಕ್ಕೆ 1 ಗಂಟೆಯವರೆಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರದ ನಂತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಅನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಯಿತು. 7 ನೇ ಚಕ್ರದ ನಂತರ, Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ FE ಮತ್ತು AA ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಕ್ರಮವಾಗಿ 50% ಮತ್ತು 60% ರಷ್ಟು ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು, ಆದರೆ OER ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಳ ಕಂಡುಬಂದಿದೆ (ಚಿತ್ರ 2i, j). ಪ್ರತಿ ಚಕ್ರದ ನಂತರ, ನಾವು ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಚಕ್ರೀಯ ವೋಲ್ಟಾಮೆಟ್ರಿ (CV) ವಕ್ರಾಕೃತಿಗಳನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು Ni2+ ನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಶಿಖರವು ಕ್ರಮೇಣ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿದ್ದೇವೆ, ಇದು Ni ನ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 15a-c). ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ನಲ್ಲಿ Ni ಕ್ಯಾಟಯಾನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಹೆಚ್ಚಳದ ಜೊತೆಗೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 15d), ವೇಗವರ್ಧಕದಿಂದ Ni ಸೋರಿಕೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಅವನತಿ (FE ಮತ್ತು AA ಉತ್ಪಾದಕತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ) ಎಂದು ನಾವು ಹೇಳುತ್ತೇವೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ OER ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುವ Ni ಫೋಮ್ಡ್ ತಲಾಧಾರದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮಾನ್ಯತೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, NiV-LDH-NS FE ಮತ್ತು AA ಉತ್ಪಾದಕತೆಯ ಕುಸಿತವನ್ನು 10% ಕ್ಕೆ ನಿಧಾನಗೊಳಿಸಿತು (ಚಿತ್ರ 2i, j), V ಮಾರ್ಪಾಡು Ni ಸೋರಿಕೆಯನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 15d). V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ವರ್ಧಿತ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. ಹಿಂದಿನ ಸಾಹಿತ್ಯ 34,35 ರ ಪ್ರಕಾರ, ವೇಗವರ್ಧಕದ ಸಕ್ರಿಯ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿರುವ ಲೋಹದ ಪರಮಾಣುಗಳ ಡಿಮೆಟಲೈಸೇಶನ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಎಂಥಾಲ್ಪಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ವೇಗವರ್ಧಕ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಲು ಸಮಂಜಸವಾದ ವಿವರಣೆಯಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪುನರ್ನಿರ್ಮಿಸಲಾದ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS (ಕ್ರಮವಾಗಿ NiOOH ಮತ್ತು NiVOOH) ನ (100) ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿರುವ Ni ಪರಮಾಣುಗಳ ಡಿಮೆಟಲೈಸೇಶನ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಎಂಥಾಲ್ಪಿ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಅಂದಾಜಿಸಲಾಗಿದೆ (ಮಾದರಿ ನಿರ್ಮಾಣದ ವಿವರಗಳನ್ನು ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 2 ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 16 ರಲ್ಲಿ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ). NiOOH ಮತ್ತು NiVOOH ನಿಂದ Ni ನ ಡಿಮೆಟಲೈಸೇಶನ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 17). NiVOOH (0.0325 eV) ನಲ್ಲಿ Ni ಡಿಮೆಟಲೈಸೇಶನ್‌ನ ಶಕ್ತಿಯ ವೆಚ್ಚವು NiOOH (0.0005 eV) ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ಇದು V ಮಾರ್ಪಾಡು NiOOH ನ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
NiV-LDH-NS ಮೇಲೆ OER ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ದೃಢಪಡಿಸಲು, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ, ವಿಭಿನ್ನ ಮಾದರಿಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭಾವ್ಯ-ಅವಲಂಬಿತ O2 ರಚನೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಡಿಫರೆನ್ಷಿಯಲ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಮಾಸ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಮೆಟ್ರಿ (DEMS) ಅನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ O2 1.53 VRHE ನ ಆರಂಭಿಕ ವಿಭವದಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಂಡಿತು ಎಂದು ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ತೋರಿಸಿವೆ, ಇದು Ni(OH)2-NS (1.62 VRHE) ನಲ್ಲಿನ O2 ಗಿಂತ ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 18). ಈ ಫಲಿತಾಂಶವು COR ಸಮಯದಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ನ OER ಪ್ರತಿಬಂಧವು ಅದರ ಆಂತರಿಕ ಕಡಿಮೆ OER ಚಟುವಟಿಕೆಯಿಂದಾಗಿರಬಾರದು ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಇಲ್ಲದೆ Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ರೇಖೀಯ ಸ್ವೀಪ್ ವೋಲ್ಟಮೆಟ್ರಿ (LSV) ವಕ್ರಾಕೃತಿಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ವಲ್ಪ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 19). ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿದ ನಂತರ, ವಿಳಂಬವಾದ O2 ವಿಕಸನವು (ಬಹುಶಃ COR ನ ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಯೋಜನದಿಂದಾಗಿ) ಕಡಿಮೆ ಸಂಭಾವ್ಯ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ AA ನ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಅನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, NiV-LDH-NS (1.73 VRHE) ಮೇಲಿನ OER ಪ್ರಾರಂಭದ ವಿಭವವು Ni(OH)2-NS (1.65 VRHE) ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವಿಳಂಬವಾಗಿದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಸಕಾರಾತ್ಮಕ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಗಳಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ AA ನ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ FE ಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 2c).
V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಉತ್ತೇಜಕ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಗಳ ಟಫೆಲ್ ಇಳಿಜಾರುಗಳನ್ನು ಅಳೆಯುವ ಮೂಲಕ OER ಮತ್ತು COR ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಟಫೆಲ್ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿನ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಕಡಿಮೆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕೆ LSV ಪರೀಕ್ಷೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ Ni2+ ನಿಂದ Ni3+ ಗೆ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಗೊಳ್ಳುವುದರಿಂದ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಬೇಕಾದ ಸಂಗತಿ. COR ಟಫೆಲ್ ಇಳಿಜಾರು ಮಾಪನದ ಮೇಲೆ Ni2+ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ನಾವು ಮೊದಲು ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು 1.8 VRHE ನಲ್ಲಿ 10 ನಿಮಿಷಗಳ ಕಾಲ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಹಿಮ್ಮುಖ ಸ್ಕ್ಯಾನ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ LSV ಪರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದ್ದೇವೆ, ಅಂದರೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದ ಕಡಿಮೆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 20). ಟಫೆಲ್ ಇಳಿಜಾರನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಮೂಲ LSV ಕರ್ವ್ ಅನ್ನು 100% iR ಪರಿಹಾರದೊಂದಿಗೆ ಸರಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, NiV-LDH-NS (41.6 mV dec−1) ನ ಟಫೆಲ್ ಇಳಿಜಾರು Ni(OH)2-NS (65.5 mV dec−1) ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿತ್ತು, ಇದು OER ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು V ಮಾರ್ಪಾಡಿನಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 20c). ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿದ ನಂತರ, NiV-LDH-NS (37.3 mV dec−1) ನ ಟಫೆಲ್ ಇಳಿಜಾರು Ni(OH)2-NS (127.4 mV dec−1) ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿತ್ತು, ಇದು V ಮಾರ್ಪಾಡು OER ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ COR ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪಷ್ಟವಾದ ಚಲನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಬೀರಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 20d). ಈ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು V ಮಾರ್ಪಾಡು OER ಅನ್ನು ಸ್ವಲ್ಪ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆಯಾದರೂ, ಅದು COR ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು AA ಯ FE ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಮೇಲಿನ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ FE ಮತ್ತು AA ಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮೇಲೆ ಉತ್ತೇಜಿಸುವ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಅಧ್ಯಯನದ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಹಿಂದಿನ ಕೆಲವು ವರದಿಗಳು ಹೆಟೆರೊಟಾಮ್ ಮಾರ್ಪಾಡು ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಸ್ಫಟಿಕೀಯತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಆಗಿ ಸಕ್ರಿಯ ಮೇಲ್ಮೈ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು (EAS) ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಸಕ್ರಿಯ ತಾಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿವೆ. ಈ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು, ನಾವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯ ಮೊದಲು ಮತ್ತು ನಂತರ ECSA ಅಳತೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು ಫಲಿತಾಂಶಗಳು Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ECSA ಹೋಲಿಸಬಹುದಾದವು ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 21), ವೇಗವರ್ಧಕ ವರ್ಧನೆಯ ಮೇಲೆ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ನಂತರ ಸಕ್ರಿಯ ತಾಣ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ.
ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸ್ವೀಕರಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಕಾರ, ಆಲ್ಕೋಹಾಲ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಇತರ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೊಫಿಲಿಕ್ ತಲಾಧಾರಗಳ Ni(OH)2-ವೇಗವರ್ಧಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದಲ್ಲಿ, Ni(OH)2 ಮೊದಲು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಹಂತಗಳ ಮೂಲಕ NiOOH ಗೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ38,39,40,41. ರೂಪುಗೊಂಡ NiOOH ನಂತರ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಗಳ ಮೂಲಕ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೊಫಿಲಿಕ್ ತಲಾಧಾರದಿಂದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಅಮೂರ್ತಗೊಳಿಸಲು ಆಕ್ಸಿಡೀಕೃತ ಉತ್ಪನ್ನವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ನಿಜವಾದ ಸಕ್ರಿಯ COR ಪ್ರಭೇದವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ20,41. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಇತ್ತೀಚಿನ ಸಾಹಿತ್ಯದಲ್ಲಿ ಸೂಚಿಸಿದಂತೆ NiOOH ಗೆ ಕಡಿತವು Ni(OH)2 ನಲ್ಲಿ ಆಲ್ಕೋಹಾಲ್‌ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಕ್ಕೆ ದರ-ನಿರ್ಧರಿಸುವ ಹಂತ (RDS) ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಇತ್ತೀಚೆಗೆ ವರದಿಯಾಗಿದೆ, Ni3+ ಆಲ್ಕೋಹಾಲ್‌ಗಳ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವು Ni3+41,42 ರ ಖಾಲಿಯಾಗದ ಕಕ್ಷೆಗಳ ಮೂಲಕ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಅಲ್ಲದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯ ಮೂಲಕ ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿರಬಹುದು. ಅದೇ ಸಾಹಿತ್ಯದಲ್ಲಿ ವರದಿಯಾದ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಅಧ್ಯಯನದಿಂದ ಪ್ರೇರಿತರಾಗಿ, COR ಸಮಯದಲ್ಲಿ Ni3+ ಕಡಿತದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಯಾವುದೇ Ni2+ ರಚನೆಯನ್ನು ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿಯೇ ಸೆರೆಹಿಡಿಯಲು ನಾವು ಡೈಮಿಥೈಲ್ಗ್ಲೈಆಕ್ಸಿಮ್ ಡೈಸೋಡಿಯಂ ಉಪ್ಪು ಆಕ್ಟಾಹೈಡ್ರೇಟ್ (C4H6N2Na2O2 8H2O) ಅನ್ನು ತನಿಖಾ ಅಣುವಾಗಿ ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 22 ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 3). ಫಲಿತಾಂಶಗಳು Ni2+ ರಚನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದವು, NiOOH ನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕಡಿತ ಮತ್ತು Ni(OH)2 ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವು COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸಿದೆ ಎಂದು ದೃಢಪಡಿಸಿತು. ಆದ್ದರಿಂದ, ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯು Ni(OH)2 ನ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು NiOOH ಗೆ ಕಡಿತಗೊಳಿಸುವುದನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಅವಲಂಬಿಸಿರಬಹುದು. ಈ ತತ್ವವನ್ನು ಆಧರಿಸಿ, V ನ ಮಾರ್ಪಾಡು Ni(OH)2 ನ ಕಡಿತವನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತದೆಯೇ ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ COR ಅನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆಯೇ ಎಂದು ನಾವು ಮುಂದೆ ತನಿಖೆ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ.
ಮೇಲೆ ತಿಳಿಸಲಾದ "ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್-ರಾಸಾಯನಿಕ" ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅನುಸರಿಸಿ (ಚಿತ್ರ 3a) ಧನಾತ್ಮಕ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ NiOOH ರಚನೆ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿದ ನಂತರ ಅದರ ನಂತರದ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸುವ ಮೂಲಕ, Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ COR ಗೆ NiOOH ಸಕ್ರಿಯ ಹಂತವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲು ನಾವು ಮೊದಲು ಸಿತು ರಾಮನ್ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, ಪುನರ್ನಿರ್ಮಿಸಲಾದ NiV-LDH-NS ನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆಯು Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದೆ, ಇದು Ni3+–O ರಾಮನ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ನ ವೇಗವರ್ಧಿತ ಕಣ್ಮರೆಯಿಂದ ಸಾಕ್ಷಿಯಾಗಿದೆ. ನಂತರ ನಾವು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಉಪಸ್ಥಿತಿ ಅಥವಾ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ NiV-LDH-NS NiOOH ರಚನೆಗೆ ಕಡಿಮೆ ಸಕಾರಾತ್ಮಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದ್ದೇವೆ (ಚಿತ್ರ 3b, c ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 4c, d). ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ, NiV-LDH-NS ನ ಉತ್ತಮ OER ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ರಾಮನ್ ಮಾಪನ ಉದ್ದೇಶದ ಮುಂಭಾಗದ ಮಸೂರದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಗುಳ್ಳೆಗಳನ್ನು ಅಂಟಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು 1.55 VRHE ನಲ್ಲಿ ರಾಮನ್ ಶಿಖರವು ಕಣ್ಮರೆಯಾಗಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 4d). DEMS ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ಪ್ರಕಾರ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 18), ಕಡಿಮೆ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ (Ni(OH)2-NS ಗೆ VRHE < 1.58 ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಗೆ VRHE < 1.53) ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ OER ಗಿಂತ Ni2+ ಅಯಾನುಗಳ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದಿಂದಾಗಿ. ಹೀಗಾಗಿ, LSV ವಕ್ರರೇಖೆಯಲ್ಲಿ Ni2+ ನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಗರಿಷ್ಠವು NiV-LDH-NS ಗಿಂತ ಬಲವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು V ಮಾರ್ಪಾಡು NiV-LDH-NS ಅನ್ನು ವರ್ಧಿತ ಮರುರೂಪಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ವಿವರವಾದ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 19 ನೋಡಿ).
a 0.5 M KOH ನಲ್ಲಿ 1.5 VRHE ಮತ್ತು 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ನಲ್ಲಿ 60 ಸೆಕೆಂಡುಗಳ ಕಾಲ ಪೂರ್ವ-ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ನಂತರ OCP ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS (ಎಡ) ಮತ್ತು NiV-LDH-NS (ಬಲ) ನ ಇನ್ ಸಿತು ರಾಮನ್ ವರ್ಣಪಟಲ. b Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು c ನ ಇನ್ ಸಿತು ರಾಮನ್ ವರ್ಣಪಟಲ 0.5 M KOH + 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ನಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ವಿಭಿನ್ನ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ. d 0.5 M KOH ನಲ್ಲಿ Ni K-ಅಂಚಿನಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ಇನ್ ಸಿತು XANES ವರ್ಣಪಟಲ ಮತ್ತು e 0.5 M KOH ಮತ್ತು 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್. ಇನ್ಸೆಟ್ 8342 ಮತ್ತು 8446 eV ನಡುವಿನ ವರ್ಧಿತ ರೋಹಿತ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. f Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ Ni ನ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ. g ವಿಭಿನ್ನ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅಳವಡಿಕೆಯ ಮೊದಲು ಮತ್ತು ನಂತರ NiV-LDH-NS ನ ಸಿತು Ni EXAFS ವರ್ಣಪಟಲ. h Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮಾದರಿಗಳು. ಮೇಲೆ: Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ, Ni(OH)2-NS ನಿಂದ NiOOH ಗೆ ನಿಧಾನವಾದ ಮರುರೂಪಿಸುವಿಕೆಯು RDS ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ AA ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಕಡಿಮೆ-ವೇಲೆಂಟ್ Ni ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಕಾಪಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಗಳ ಮೂಲಕ ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೇಲೆಂಟ್ Ni ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಕೆಳಗೆ: NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ, ಮರುರೂಪಿಸುವ ಹಂತವನ್ನು V ಮಾರ್ಪಾಡಿನಿಂದ ಸುಗಮಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ RDS ಅನ್ನು ಮರುರೂಪಿಸುವ ಹಂತದಿಂದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. i Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದ ಮೇಲೆ ಗಿಬ್ಸ್ ಮುಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯು ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. aj ಮತ್ತು i ಗಾಗಿ ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾವನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾ ಫೈಲ್‌ನಲ್ಲಿ ಒದಗಿಸಲಾಗಿದೆ.
ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಡಿತದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ರಚನೆಗಳ ವಿಕಸನವನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು, ನಾವು ಸಿತು ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ (XAS) ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದ್ದೇವೆ, ಇದು Ni ಪ್ರಭೇದಗಳ ಚಲನಶೀಲತೆಯನ್ನು ಮೂರು ಸತತ ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಪ್ರಬಲ ಸಾಧನವನ್ನು ಒದಗಿಸಿದೆ: OER, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಮತ್ತು ಓಪನ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಪೊಟೆನ್ಷಿಯಲ್ (OCP) ನಲ್ಲಿ COR. ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಮೊದಲು ಮತ್ತು ನಂತರ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ Ni ನ K- ಅಂಚಿನ XANES ವರ್ಣಪಟಲವನ್ನು ಚಿತ್ರವು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 3d, e). ಅದೇ ವಿಭವದಲ್ಲಿ, NiV-LDH-NS ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಅಂಚಿನ ಶಕ್ತಿಯು Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚು ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 3d, e, ಇನ್ಸೆಟ್). ಪ್ರತಿ ಸ್ಥಿತಿಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ Ni ನ ಸರಾಸರಿ ವೇಲೆನ್ಸಿಯನ್ನು XANES ವರ್ಣಪಟಲದ ರೇಖೀಯ ಸಂಯೋಜಿತ ಫಿಟ್ ಮತ್ತು Ni K- ಅಂಚಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಯ ಹಿಂಜರಿತದಿಂದ ಅಂದಾಜಿಸಲಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 3f), ಪ್ರಕಟಿತ ಸಾಹಿತ್ಯದಿಂದ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾದ ಉಲ್ಲೇಖ ವರ್ಣಪಟಲದೊಂದಿಗೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 23)43.
ಮೊದಲ ಹಂತದಲ್ಲಿ (OER ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವ ಮೊದಲು; ಚಿತ್ರ 3f, ಎಡ), ಪುನರ್ನಿರ್ಮಿಸದ ವೇಗವರ್ಧಕದ ವಿಭವದಲ್ಲಿ (<1.3 VRHE), NiV-LDH-NS (+1.83) ನಲ್ಲಿ Ni ನ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು Ni(OH)2-NS (+1.97) ಗಿಂತ ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು V ನಿಂದ Ni ಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಗೆ ಕಾರಣವೆಂದು ಹೇಳಬಹುದು, ಇದು ಮೇಲೆ ತಿಳಿಸಿದ XPS ಫಲಿತಾಂಶಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 2f). ವಿಭವವು ಕಡಿತ ಬಿಂದುವನ್ನು (1.5 VRHE) ಮೀರಿದಾಗ, NiV-LDH-NS (+3.28) ನಲ್ಲಿ Ni ನ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು Ni(OH)2-NS (+2.49) ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪಷ್ಟವಾದ ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿಭವದಲ್ಲಿ (1.8 VRHE), NiV-LDH-NS (+3.64) ನಲ್ಲಿ ಪಡೆದ Ni ಕಣಗಳ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು Ni(OH)2-NS (+3.47) ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇತ್ತೀಚಿನ ವರದಿಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು Ni3+xOOH1-x (Ni3+x ಎಂಬುದು Ni3+ ಮತ್ತು Ni4+ ನ ಮಿಶ್ರ ಜಾತಿಯಾಗಿದೆ) ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೇಲೆಂಟ್ Ni4+ ಪ್ರಭೇದಗಳ ರಚನೆಗೆ ಅನುರೂಪವಾಗಿದೆ, ಇದು ಹಿಂದೆ ಆಲ್ಕೋಹಾಲ್ ನಿರ್ಜಲೀಕರಣದಲ್ಲಿ ವರ್ಧಿತ ವೇಗವರ್ಧಕ ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ38,39,44. ಆದ್ದರಿಂದ, COR ನಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ನ ಉತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿ ಸಕ್ರಿಯವಾಗಿರುವ ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೇಲೆಂಟ್ Ni ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ವರ್ಧಿತ ಕಡಿತಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯಿಂದಾಗಿರಬಹುದು.
ಎರಡನೇ ಹಂತದಲ್ಲಿ (ರಿಂಗ್ ತೆರೆದ ನಂತರ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಪರಿಚಯ, ಚಿತ್ರ 3f), ಎರಡೂ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಮೇಲಿನ Ni ನ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ನಿಂದ Ni3+xOOH1-x ನ ಕಡಿತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿದೆ, ಇದು ಇನ್ ಸಿತು ರಾಮನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯ ಫಲಿತಾಂಶಗಳೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 3a), ಮತ್ತು Ni ನ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು ಬಹುತೇಕ ಆರಂಭಿಕ ಸ್ಥಿತಿಗೆ (ಕಡಿಮೆ ವಿಭವದಲ್ಲಿ ಮೊದಲ ಹಂತ) ಚೇತರಿಸಿಕೊಂಡಿದೆ, ಇದು Ni ನಿಂದ Ni3+xOOH1-x ಗೆ ರೆಡಾಕ್ಸ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಹಿಮ್ಮುಖತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಮೂರನೇ ಹಂತದಲ್ಲಿ (COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ) COR ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ (1.5 ಮತ್ತು 1.8 VRHE; ಚಿತ್ರ 3f, ಬಲಭಾಗ), Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ Ni ನ ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯು ಸ್ವಲ್ಪ ಮಾತ್ರ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು (+2.16 ಮತ್ತು +2.40), ಇದು ಮೊದಲ ಹಂತದಲ್ಲಿ (+2.49 ಮತ್ತು +3.47) ಅದೇ ವಿಭವಕ್ಕಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಈ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ನಂತರ, Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ NiOOH ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ನಡುವಿನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಕ್ಕಿಂತ Ni2+ ಅನ್ನು Ni3+x ಗೆ ನಿಧಾನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದಿಂದ (ಅಂದರೆ, Ni ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ) COR ಚಲನಶೀಲವಾಗಿ ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು Ni ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ-ವೇಲೆನ್ಸಿ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಬಿಡುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ Ni ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣವು RDS ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ತೀರ್ಮಾನಿಸುತ್ತೇವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ Ni ಪ್ರಭೇದಗಳ (>3) ವೇಲೆನ್ಸಿಯನ್ನು ಕಾಯ್ದುಕೊಂಡಿತು ಮತ್ತು ಅದೇ ವಿಭವದಲ್ಲಿ (1.65 ಮತ್ತು 1.8 VRHE) ಮೊದಲ ಹಂತಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ವೇಲೆನ್ಸಿ ತುಂಬಾ ಕಡಿಮೆ (0.2 ಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ) ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು, ಇದು V ಮಾರ್ಪಾಡು ಚಲನಶೀಲವಾಗಿ Ni2+ ನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವನ್ನು Ni3+x ಗೆ ಉತ್ತೇಜಿಸಿತು, ಇದು Ni ಕಡಿತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಕಡಿತದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಕ್ಕಿಂತ ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ವಿಸ್ತೃತ ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ರಚನೆ (EXAFS) ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ Ni–O (1.6 ರಿಂದ 1.4 Å ವರೆಗೆ) ಮತ್ತು Ni–Ni(V) (2.8 ರಿಂದ 2.4 Å ವರೆಗೆ) ಬಂಧಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ರೂಪಾಂತರವನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದವು. ಇದು Ni(OH)2 ಹಂತವನ್ನು NiOOH ಹಂತಕ್ಕೆ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಮೂಲಕ NiOOH ಹಂತದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕಡಿತಕ್ಕೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 3g). ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ Ni(OH)2-NS ನ ಕಡಿತ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸಿತು (ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 4 ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 24 ನೋಡಿ).
ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 3h, ಮೇಲೆ), Ni(OH)2 ಹಂತದಿಂದ NiOOH ಹಂತಕ್ಕೆ ನಿಧಾನಗತಿಯ ಕಡಿತ ಹಂತವು NiOOH ನ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕಡಿತದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ನಿಂದ AA ರಚನೆಯ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಕ್ಕಿಂತ ಒಟ್ಟಾರೆ COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ RDS ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು. NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 3h, ಕೆಳಗೆ), V ಮಾರ್ಪಾಡು Ni2+ ನ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು Ni3+x ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ NiVOOH ರಚನೆಯನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ (ರಾಸಾಯನಿಕ ಕಡಿತದಿಂದ ಬಳಕೆಯ ಬದಲು), ಇದು RDS ಅನ್ನು ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತದ ಕಡೆಗೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ. V ಮಾರ್ಪಾಡಿನಿಂದ ಪ್ರೇರಿತವಾದ Ni ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು, ನಾವು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. ಚಿತ್ರ 3h ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ನಾವು Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅನುಕರಿಸಿದೆ. Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿರುವ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಲ್ ಗುಂಪುಗಳನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ನಲ್ಲಿ OH- ಅನ್ನು ಹೊರತೆಗೆಯುವ ಮೂಲಕ ಡಿಪ್ರೋಟೋನೇಟ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಕೊರತೆಯ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ. ಅನುಗುಣವಾದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿವೆ:
ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದ ಗಿಬ್ಸ್ ಮುಕ್ತ ಶಕ್ತಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲಾಯಿತು (ಚಿತ್ರ 3i), ಮತ್ತು NiV-LDH-NS (0.81 eV) Ni(OH)2-NS (1.66 eV) ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಗಿಬ್ಸ್ ಮುಕ್ತ ಶಕ್ತಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿತು, ಇದು V ಮಾರ್ಪಾಡು Ni ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುವುದರಿಂದ ಸಂಪೂರ್ಣ COR ನ ಶಕ್ತಿಯ ತಡೆಗೋಡೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು ಎಂದು ನಾವು ನಂಬುತ್ತೇವೆ (ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಕೆಳಗಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ನೋಡಿ), ಇದರಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸಬಹುದು.
ಮೇಲಿನ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು V ಮಾರ್ಪಾಡು Ni(OH)2 ನ ತ್ವರಿತ ಹಂತದ ಮರುಜೋಡಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಯಾಗಿ, COR ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, Ni3+x ತಾಣಗಳು OER ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸಬಹುದು. ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಇಲ್ಲದ LSV ವಕ್ರರೇಖೆಯಿಂದ, NiV-LDH-NS ನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯು Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 19), ಇದು COR ಮತ್ತು OER ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, NiV-LDH-NS ಗಿಂತ AA ಯ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಅನ್ನು ಹಂತ ಮರುಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುವ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನಿಂದ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವಿವರಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.
ಕ್ಷಾರೀಯ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ, ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೊಫಿಲಿಕ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಲ್ಯಾಂಗ್ಮುಯಿರ್-ಹಿನ್ಶೆಲ್ವುಡ್ (LH) ಮಾದರಿಯನ್ನು ಅನುಸರಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಒಪ್ಪಿಕೊಳ್ಳಲಾಗಿದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು OH− ಅಯಾನುಗಳು ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಸಹ-ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ OH− ಅನ್ನು ಸಕ್ರಿಯ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಲ್ ಗುಂಪುಗಳಿಗೆ (OH*) ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೊಫೈಲ್‌ಗಳ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಕ್ಕೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಫೈಲ್‌ಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ದತ್ತಾಂಶ ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳಿಂದ ಹಿಂದೆ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಅನುಪಾತ (ಸಾವಯವ ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು OH−) ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ FE ಮತ್ತು ಗುರಿ ಉತ್ಪನ್ನದ ಇಳುವರಿಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ನಮ್ಮ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯು COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಮೇಲ್ಮೈ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯು OER ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಊಹಿಸುತ್ತೇವೆ.
ಮೇಲಿನ ಊಹೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು, ನಾವು ಮೊದಲು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಗಳ (C, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಮತ್ತು COH−) ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಎರಡು ಸರಣಿಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದ್ದೇವೆ. ಮೊದಲ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ವಿಭಿನ್ನ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ C ವಿಷಯಗಳು (0.05 ~ 0.45 M) ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರ COH− ವಿಷಯ (0.5 M) ಹೊಂದಿರುವ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಮೇಲೆ ಸ್ಥಿರ ವಿಭವದಲ್ಲಿ (1.8 VRHE) ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯೊಂದಿಗೆ ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ನಂತರ, FE ಮತ್ತು AA ಉತ್ಪಾದಕತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಲಾಯಿತು. NiV-LDH-NS ವೇಗವರ್ಧಕಕ್ಕಾಗಿ, AA ಇಳುವರಿ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ C ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವು LH ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ "ಜ್ವಾಲಾಮುಖಿ ಪ್ರಕಾರ" ವಕ್ರರೇಖೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ (ಚಿತ್ರ 4a), ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಕವರೇಜ್ OH− ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸ್ಪರ್ಧಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. Ni(OH)2-NS ಗೆ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ C ನ ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ AA ಇಳುವರಿ ಏಕತಾನತೆಯಿಂದ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಬೃಹತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಅಧಿಕವಾಗಿದ್ದರೂ (0.45 M), ಅದರ ಮೇಲ್ಮೈ ವ್ಯಾಪ್ತಿ ಇನ್ನೂ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, COH− 1.5 M ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ C ನ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ "ಜ್ವಾಲಾಮುಖಿ ಪ್ರಕಾರದ" ವಕ್ರರೇಖೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಇನ್ಫ್ಲೆಕ್ಷನ್ ಪಾಯಿಂಟ್ ವಿಳಂಬವಾಯಿತು, ಇದು Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ದುರ್ಬಲ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸಾಬೀತುಪಡಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 25a ಮತ್ತು ಟಿಪ್ಪಣಿ 5). ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, NiV-LDH-NS ಮೇಲಿನ AA ಯ FE C-ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ಗೆ ಬಹಳ ಸಂವೇದನಾಶೀಲವಾಗಿತ್ತು ಮತ್ತು C-ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು 0.05 M ನಿಂದ 0.3 M ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಿದಾಗ ವೇಗವಾಗಿ 80% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ಸುಲಭವಾಗಿ ಪುಷ್ಟೀಕರಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 4b). ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, C-ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ OER ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸಲಿಲ್ಲ, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಸಾಕಷ್ಟು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯಿಂದಾಗಿರಬಹುದು. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ವೇಗವರ್ಧಕ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ COH− ಅವಲಂಬನೆಯ ಹೆಚ್ಚಿನ ತನಿಖೆಯು NiV-LDH-NS ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ದೃಢಪಡಿಸಿತು, ಇದು AA ಯ FE ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡದೆ COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ COH− ಅನ್ನು ಸಹಿಸಿಕೊಳ್ಳಬಲ್ಲದು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 25b, c ಮತ್ತು ಟಿಪ್ಪಣಿ 5).
0.5 M KOH ನಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ C ಯೊಂದಿಗೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನಲ್ಲಿ b Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನ AA ಮತ್ತು EF ನ ಉತ್ಪಾದಕತೆ. c NiOOH ಮತ್ತು NiVOOH ನಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಕ್ತಿಗಳು. ನಿರಂತರ ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರ ಸಂಭಾವ್ಯ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು 1.80 VRHE ನಲ್ಲಿ 0.5 M KOH ಮತ್ತು 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ AA ನ d FE. ದೋಷ ಪಟ್ಟಿಗಳು ಒಂದೇ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಮೂರು ಸ್ವತಂತ್ರ ಅಳತೆಗಳ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಚಲನವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು 10% ಒಳಗೆ ಇರುತ್ತವೆ. e ಮೇಲೆ: Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ, ಕಡಿಮೆ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ C ಹೊಂದಿರುವ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನಿಂದ ದುರ್ಬಲವಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಇದು OER ಗೆ ಬಲವಾದ ಸ್ಪರ್ಧೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಳಗೆ: NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಹೆಚ್ಚಿದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ C ಯ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸಬಹುದು, ಇದು OER ನಿಗ್ರಹಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. a–d ಗಾಗಿ ಕಚ್ಚಾ ದತ್ತಾಂಶವನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ದತ್ತಾಂಶ ಫೈಲ್‌ನಲ್ಲಿ ಒದಗಿಸಲಾಗಿದೆ.
NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ವರ್ಧಿತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು, ನಾವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಕಪಲ್ಡ್ ಕ್ವಾರ್ಟ್ಜ್ ಸ್ಫಟಿಕ ಮೈಕ್ರೋಬ್ಯಾಲೆನ್ಸ್ (E-QCM) ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಜಾತಿಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ನೈಜ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಮೇಲ್ವಿಚಾರಣೆ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. ಫಲಿತಾಂಶಗಳು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಆರಂಭಿಕ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು OCP ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ 1.6 ಪಟ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯು 1.5 VRHE ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿನ ಈ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಮತ್ತಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 26). NiOOH ಮತ್ತು NiVOOH ನಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡಲು ಸ್ಪಿನ್-ಧ್ರುವೀಕರಿಸಿದ DFT ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು (ಚಿತ್ರ 4c). ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ NiOOH ನಲ್ಲಿ Ni-ಕೇಂದ್ರದ ಮೇಲೆ -0.57 eV ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ (Eads) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ NiVOOH ನಲ್ಲಿ Ni-ಕೇಂದ್ರ ಅಥವಾ V-ಕೇಂದ್ರದ ಮೇಲೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು, ಅಲ್ಲಿ V-ಕೇಂದ್ರವು ಕಡಿಮೆ Eads (-0.69 eV) ಅನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು NiVOOH ನಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಬಲವಾದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ.
ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ವರ್ಧಿತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು AA ರಚನೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು OER ಅನ್ನು ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಪರಿಶೀಲಿಸಲು, ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ (Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಗಾಗಿ) ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಕೃಷ್ಟಗೊಳಿಸಲು ನಾವು ನಿರಂತರ ಸಂಭಾವ್ಯ ತಂತ್ರವನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ, ಇದು ಹಿಂದಿನ ವರದಿಗಳಿಂದ ಪ್ರೇರಿತವಾಗಿದೆ. 51, 52 ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ನಾವು COR ಗೆ 1.8 VRHE ನ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದ್ದೇವೆ, ನಂತರ ಅದನ್ನು OCP ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಅದನ್ನು 1.8 VRHE ಗೆ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ನಡುವೆ OCP ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಬಹುದು (ವಿವರವಾದ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳಿಗಾಗಿ ವಿಧಾನಗಳ ವಿಭಾಗವನ್ನು ನೋಡಿ). ಫಲಿತಾಂಶಗಳು Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಗಾಗಿ, ನಿರಂತರ ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ಬಳಸುವುದರಿಂದ ಸ್ಥಿರ ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಸುಧಾರಿಸಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ (ಚಿತ್ರ 4d). ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ, NiV-LDH-NS ಗಿಂತ Ni(OH)2-NS COR (AA FE: 51% ರಿಂದ 82% ವರೆಗೆ) ಮತ್ತು OER (O2 FE: 27% ರಿಂದ 4% ವರೆಗೆ) ನಿಗ್ರಹದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಗಮನಾರ್ಹ ಸುಧಾರಣೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಸಂಗ್ರಹವನ್ನು ದುರ್ಬಲ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ (ಅಂದರೆ, Ni(OH)2-NS) ವೇಗವರ್ಧಕದ ಮೇಲೆ ಮಧ್ಯಂತರ ಸಂಭಾವ್ಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು ಎಂಬ ಅಂಶಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ.
ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ OER ನ ಪ್ರತಿಬಂಧವು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ವರ್ಧಿತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ (ಚಿತ್ರ 4e). Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 4e, ಮೇಲೆ), ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ದುರ್ಬಲ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ವ್ಯಾಪ್ತಿಗೆ ಮತ್ತು ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ OH* ವ್ಯಾಪ್ತಿಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚುವರಿ OH* ಪ್ರಭೇದಗಳು OER ಗಾಗಿ ತೀವ್ರ ಸ್ಪರ್ಧೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು AA ಯ FE ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 4e, ಕೆಳಗೆ), V ಮಾರ್ಪಾಡು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿತು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಮೇಲ್ಮೈ C ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು COR ಗಾಗಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ OH* ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, AA ರಚನೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು OER ಅನ್ನು ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ.
Ni ಪ್ರಭೇದಗಳ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಮೇಲೆ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ತನಿಖೆ ಮಾಡುವುದರ ಜೊತೆಗೆ, COR ನಿಂದ AA ರಚನೆಯ ಮಾರ್ಗವನ್ನು V ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆಯೇ ಎಂದು ನಾವು ತನಿಖೆ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. ಸಾಹಿತ್ಯದಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು ವಿಭಿನ್ನ COR ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ನಮ್ಮ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಸಾಧ್ಯತೆಗಳನ್ನು ನಾವು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ (ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 27 ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 6 ನೋಡಿ) 13,14,26. ಮೊದಲನೆಯದಾಗಿ, COR ಮಾರ್ಗದ ಮೊದಲ ಹಂತವು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಆರಂಭಿಕ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದ್ದು, ಪ್ರಮುಖ ಮಧ್ಯಂತರ 2-ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ (2) 13,14 ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಬಹುದು ಎಂದು ವರದಿಯಾಗಿದೆ. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲು, ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಸಕ್ರಿಯ ಮಧ್ಯಂತರಗಳನ್ನು ಬಲೆಗೆ ಬೀಳಿಸಲು ಮತ್ತು EPR ಅನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲು ನಾವು 5,5-ಡೈಮಿಥೈಲ್-1-ಪೈರೋಲಿಡಿನ್ N-ಆಕ್ಸೈಡ್ (DMPO) ಅನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ. COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎರಡೂ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಮೇಲೆ C-ಕೇಂದ್ರಿತ ರಾಡಿಕಲ್‌ಗಳು (R ) ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಲ್ ರಾಡಿಕಲ್‌ಗಳು (OH ) ಇರುವುದನ್ನು EPR ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸಿದವು, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ Cα − H ನಿರ್ಜಲೀಕರಣವು ಮಧ್ಯಂತರ ಎನೋಲೇಟ್ ರಾಡಿಕಲ್ (1) ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ನಂತರ ಇದನ್ನು OH* ನಿಂದ ಮತ್ತಷ್ಟು ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸಿ 2 ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 5a ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 28). ಎರಡೂ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಮಧ್ಯಂತರಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಲಾಗಿದ್ದರೂ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿನ R ಸಿಗ್ನಲ್‌ನ ವಿಸ್ತೀರ್ಣವು Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿತ್ತು, ಇದು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ವರ್ಧಿತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದಾಗಿರಬಹುದು (ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 3 ಮತ್ತು ಟಿಪ್ಪಣಿ 7). V ನಂತರದ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಹಂತವನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸುತ್ತದೆಯೇ ಎಂದು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು ನಾವು 2 ಮತ್ತು 1,2-ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೆಡಿಯೋನ್ (3) ಅನ್ನು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗಾಗಿ ಆರಂಭಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಗಳಾಗಿ ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ. Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ಮಧ್ಯಂತರಗಳ (2 ಮತ್ತು 3) ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ಹೋಲಿಸಬಹುದಾದ ಉತ್ಪನ್ನ ಆಯ್ಕೆಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಿದವು, ಇದು Ni(OH)2-NS ಅಥವಾ NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿನ COR ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯು ಇದೇ ರೀತಿಯ ಮಾರ್ಗಗಳ ಮೂಲಕ ಮುಂದುವರಿಯಿತು ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 5b). ಇದಲ್ಲದೆ, 2 ಅನ್ನು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಯಾಗಿ ಬಳಸಿದಾಗ ಮಾತ್ರ AA ಪ್ರಮುಖ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗಿತ್ತು, ಎರಡೂ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಲ್ಲಿ 3 ಗೆ ನಂತರದ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಬದಲು 2 ರ Cα − Cβ ಬಂಧದ ಸೀಳುವಿಕೆಯ ಮೂಲಕ AA ಅನ್ನು ನೇರ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ 3 ಅನ್ನು ಆರಂಭಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಯಾಗಿ ಬಳಸಿದಾಗ ಅದು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ GA ಗೆ ಪರಿವರ್ತನೆಯಾಯಿತು (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರಗಳು 29, 30).
0.5 M KOH + 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ನ EPR ಸಿಗ್ನಲ್. b 2-ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸಿಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ (2) ಮತ್ತು 1,2-ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೆಡಿಯೋನ್ (3) ನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು. 0.5 M KOH ಮತ್ತು 0.1 M 2 ಅಥವಾ 3 ರಲ್ಲಿ 1.8 VRE ನಲ್ಲಿ ಒಂದು ಗಂಟೆ ಕಾಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ದೋಷ ಪಟ್ಟಿಗಳು ಒಂದೇ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಎರಡು ಸ್ವತಂತ್ರ ಅಳತೆಗಳ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಚಲನವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ. c ಎರಡು ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಮೇಲೆ COR ನ ಪ್ರಸ್ತಾವಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮಾರ್ಗಗಳು. d Ni(OH)2-NS (ಎಡ) ಮತ್ತು d NiV-LDH-NS (ಬಲ) ನಲ್ಲಿನ COR ಮಾರ್ಗದ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ ವಿವರಣೆ. ಕೆಂಪು ಬಾಣಗಳು COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ V ಮಾರ್ಪಾಡು ಉತ್ತೇಜಿಸುವ ಹಂತಗಳನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ. a ಮತ್ತು b ಗಾಗಿ ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾವನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾ ಫೈಲ್‌ನಲ್ಲಿ ಒದಗಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, ನಾವು Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಗಳು COR ಅನ್ನು ಇದೇ ರೀತಿಯ ಮಾರ್ಗದ ಮೂಲಕ ವೇಗವರ್ಧಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದ್ದೇವೆ: ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ವೇಗವರ್ಧಕ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ನಿರ್ಜಲೀಕರಣಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ 1 ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ, ನಂತರ ಅದನ್ನು OH* ನಿಂದ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ 2 ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ, ನಂತರ ಬಹುಹಂತದ ರೂಪಾಂತರಗಳು AA ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತವೆ (ಚಿತ್ರ 5c). ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಅನ್ನು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಯಾಗಿ ಬಳಸಿದಾಗ, OER ಸ್ಪರ್ಧೆಯನ್ನು Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು, ಆದರೆ 2 ಮತ್ತು 3 ಅನ್ನು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾಕಾರಿಗಳಾಗಿ ಬಳಸಿದಾಗ ಕಡಿಮೆ ಪ್ರಮಾಣದ ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾಯಿತು. ಹೀಗಾಗಿ, ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಗಿಂತ V ಮಾರ್ಪಾಡಿನಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ RDS ಶಕ್ತಿ ತಡೆಗೋಡೆ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಂದಾಗಿರಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ ನಾವು ಎರಡೂ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಮಾರ್ಗಗಳ RDS ಅನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಮೇಲೆ ತಿಳಿಸಿದ ಇನ್ ಸಿತು ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಅಕೌಸ್ಟಿಕ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು, V ಮಾರ್ಪಾಡು COR ಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ RDS ಅನ್ನು ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಹಂತದಿಂದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ NiOOH ಹಂತ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೇಲೆಂಟ್ Ni ಪ್ರಭೇದಗಳನ್ನು ಹಾಗೆಯೇ ಇರಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 3f, ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 24, ಮತ್ತು ಟಿಪ್ಪಣಿ 4). CV ಮಾಪನದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ ಸಂಭಾವ್ಯ ಪ್ರದೇಶಗಳ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ನಾವು ಮತ್ತಷ್ಟು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದ್ದೇವೆ (ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 31 ಮತ್ತು ಟಿಪ್ಪಣಿ 8 ನೋಡಿ) ಮತ್ತು H/D ಚಲನ ಐಸೊಟೋಪ್ ವಿನಿಮಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನು ನಡೆಸಿದ್ದೇವೆ, ಇದು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ COR ನ RDS ಕಡಿತ ಹಂತಕ್ಕಿಂತ ರಾಸಾಯನಿಕ ಹಂತದಲ್ಲಿ Cα − H ಬಂಧದ ಸೀಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು (ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 32 ಮತ್ತು ಟಿಪ್ಪಣಿ 8 ನೋಡಿ).
ಮೇಲಿನ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, V ಮಾರ್ಪಾಡಿನ ಒಟ್ಟಾರೆ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಚಿತ್ರ 5d ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆನೋಡಿಕ್ ವಿಭವಗಳಲ್ಲಿ ಮೇಲ್ಮೈ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಇದೇ ರೀತಿಯ ಮಾರ್ಗದ ಮೂಲಕ COR ಅನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ. Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 5d, ಎಡ), COR ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಹಂತವು RDS ಆಗಿದೆ; NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 5d, ಬಲ), V ಮಾರ್ಪಾಡು ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ವೇಗಗೊಳಿಸಿತು ಮತ್ತು RDS ಅನ್ನು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ Cα−H ನಿರ್ಜಲೀಕರಣವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಿ 1 ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಿತು. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು V ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸಿತು ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ ವರ್ಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿತು, ಇದು OER ನಿಗ್ರಹಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು.
ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಹೊಂದಿರುವ NiV-LDH-NS ನ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ, AA ನ ನಿರಂತರ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ನಾವು MEA ಅನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ್ದೇವೆ. MEA ಅನ್ನು NiV-LDH-NS ಅನ್ನು ಆನೋಡ್ ಆಗಿ, ವಾಣಿಜ್ಯ PtRu/C ಅನ್ನು ಕ್ಯಾಥೋಡ್53 ಆಗಿ ಮತ್ತು ಅಯಾನ್ ವಿನಿಮಯ ಪೊರೆಯನ್ನು (ಪ್ರಕಾರ: FAA-3-50) (ಚಿತ್ರ 6a ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 33)54 ಬಳಸಿ ಜೋಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮೇಲಿನ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕಡಿಮೆಯಾದ ಕಾರಣ ಮತ್ತು AA ನ FE ಅನ್ನು 0.5 M KOH ಗೆ ಹೋಲಿಸಬಹುದಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಅನೋಲೈಟ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು 1 M KOH ಗೆ ಹೊಂದುವಂತೆ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 25c). ದಾಖಲಾದ LSV ವಕ್ರಾಕೃತಿಗಳನ್ನು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 34 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು NiV-LDH-NS ನ COR ದಕ್ಷತೆಯು Ni(OH)2-NS ಗಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. NiV-LDH-NS ನ ಶ್ರೇಷ್ಠತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲು, 50 ರಿಂದ 500 mA cm−2 ವರೆಗಿನ ಹಂತದ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ಸ್ಥಿರ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಅನುಗುಣವಾದ ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ದಾಖಲಿಸಲಾಯಿತು. ಫಲಿತಾಂಶಗಳು NiV-LDH-NS 300 mA cm−2 ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ 1.76 V ನ ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು, ಇದು Ni(OH)2-NS (2.09 V) ಗಿಂತ ಸುಮಾರು 16% ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ, ಇದು AA ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಅದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 6b).
ಹರಿವಿನ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ರೇಖಾಚಿತ್ರ. b ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ 1 M KOH ಮತ್ತು 0.4 M ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ iR ಪರಿಹಾರವಿಲ್ಲದ ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್. c ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ AA ಮತ್ತು FE ಇಳುವರಿ ನೀಡುತ್ತವೆ. ದೋಷ ಪಟ್ಟಿಗಳು ಒಂದೇ ವೇಗವರ್ಧಕವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಎರಡು ಸ್ವತಂತ್ರ ಅಳತೆಗಳ ಪ್ರಮಾಣಿತ ವಿಚಲನವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತವೆ. d ಇತರ ವರದಿಯಾದ ಹರಿವಿನ ಬ್ಯಾಟರಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳೊಂದಿಗೆ ನಮ್ಮ ಕೆಲಸದ ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಹೋಲಿಕೆ14,17,19. ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ನಿಯತಾಂಕಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 2 ರಲ್ಲಿ ವಿವರವಾಗಿ ಪಟ್ಟಿ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ. e ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ಪರೀಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ರಮವಾಗಿ 200 ಮತ್ತು 300 mA cm−2 ನಲ್ಲಿ NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿ AA ನ ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು FE. be ಗಾಗಿ ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾವನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾ ಫೈಲ್ ಆಗಿ ಒದಗಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಏತನ್ಮಧ್ಯೆ, ಚಿತ್ರ 6c ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, NiV-LDH-NS ಮೂಲತಃ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ (200 ರಿಂದ 500 mA cm-2) ಉತ್ತಮ FE (83% ರಿಂದ 61%) ಅನ್ನು ಕಾಯ್ದುಕೊಂಡಿತು, ಇದರಿಂದಾಗಿ AA ಉತ್ಪಾದಕತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಿತು (1031 ರಿಂದ 1900 μmol cm-2 h-1). ಏತನ್ಮಧ್ಯೆ, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ನಂತರ ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ವಿಭಾಗದಲ್ಲಿ ಕೇವಲ 0.8% ಅಡಿಪಿಕ್ ಆಮ್ಲ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಯಿತು, ಇದು ನಮ್ಮ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಪರಿವರ್ತನೆ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿಲ್ಲ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 35). ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅದೇ ಹೆಚ್ಚಳ ದರದೊಂದಿಗೆ, Ni(OH)2-NS ನಲ್ಲಿ AA ಯ FE 61% ರಿಂದ 34% ಕ್ಕೆ ಇಳಿದಿದೆ, ಇದು AA ಉತ್ಪಾದಕತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿಸಿತು (762 ರಿಂದ 1050 μmol cm-2 h-1). ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, OER ನಿಂದ ಬಲವಾದ ಸ್ಪರ್ಧೆಯಿಂದಾಗಿ AA ಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು ಮತ್ತು ಹೀಗಾಗಿ AA ಯ FE ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ ತೀವ್ರವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು (200 ರಿಂದ 250 mA cm−2, ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 5). ನಮ್ಮ ಜ್ಞಾನದ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಮಟ್ಟಿಗೆ, NiV-LDH-NS ವೇಗವರ್ಧಕಗಳೊಂದಿಗೆ MEA ಅನ್ನು ಬಳಸುವ ವೇಗವರ್ಧಕ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು Ni-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳೊಂದಿಗೆ ಹಿಂದೆ ವರದಿ ಮಾಡಲಾದ ಹರಿವಿನ ರಿಯಾಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಮೀರಿಸುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಕೋಷ್ಟಕ 2). ಇದಲ್ಲದೆ, ಚಿತ್ರ 6d ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, NiV-LDH-NS ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು AA ಯ FE ವಿಷಯದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಸಹ-ಆಧಾರಿತ ವೇಗವರ್ಧಕ, ಅಂದರೆ, ಗ್ರ್ಯಾಫೀನ್-ಬೆಂಬಲಿತ Co3O4 (Co3O4/GDY)17 ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ನಾವು AA ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು AA ಬಳಕೆ ತುಂಬಾ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ, 300 mA cm-2 ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು 1.76 V ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ನಲ್ಲಿ ಕೇವಲ 2.4 W h gAA-1 ಎಂದು ತೋರಿಸಿದ್ದೇವೆ (ವಿವರವಾದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 1 ರಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ). ಹಿಂದೆ ವರದಿಯಾದ Co3O4/GDY ಗಾಗಿ 4.1 W h gAA-1 ನ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಫಲಿತಾಂಶದೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ನಮ್ಮ ಕೆಲಸದಲ್ಲಿ AA ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆ 42% ರಷ್ಟು ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದಕತೆಯನ್ನು 4 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿಸಲಾಗಿದೆ (1536 vs. 319 μmol cm-2 h-1)17.
MEA ನಲ್ಲಿ ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ AA ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ NiV-LDH-NS ವೇಗವರ್ಧಕದ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ 200 ಮತ್ತು 300 mA cm-2 ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಲಾಯಿತು (ಚಿತ್ರ 6e). ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ OH− ವೇಗವಾಗಿ ಸೇವಿಸಲ್ಪಡುವುದರಿಂದ, 300 mA cm-2 ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ನವೀಕರಣ ದರವು 200 mA cm-2 ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ (ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ "ವಿದ್ಯುತ್ರಾಸಾಯನಿಕ ಅಳತೆಗಳು" ಉಪವಿಭಾಗವನ್ನು ನೋಡಿ). 200 mA cm-2 ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ, ಸರಾಸರಿ COR ದಕ್ಷತೆಯು ಮೊದಲ 6 ಗಂಟೆಗಳಲ್ಲಿ 93% ಆಗಿತ್ತು, ನಂತರ 60 ಗಂಟೆಗಳ ನಂತರ 81% ಕ್ಕೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು, ಆದರೆ ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸ್ವಲ್ಪಮಟ್ಟಿಗೆ 7% ರಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ (1.62 V ನಿಂದ 1.73 V ವರೆಗೆ), ಇದು ಉತ್ತಮ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 300 mA cm−2 ಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, AA ದಕ್ಷತೆಯು ಬಹುತೇಕ ಬದಲಾಗದೆ ಉಳಿಯಿತು (85% ರಿಂದ 72% ಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ), ಆದರೆ 46-h ಪರೀಕ್ಷೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ (ಚಿತ್ರ 6e) ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು (1.71 ರಿಂದ 2.09 V ಗೆ, 22% ಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ). ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಅವನತಿಗೆ ಮುಖ್ಯ ಕಾರಣವೆಂದರೆ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ನಿಂದ ಅಯಾನ್ ವಿನಿಮಯ ಪೊರೆಯ (AEM) ಸವೆತ ಎಂದು ನಾವು ಊಹಿಸುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಸೆಲ್ ಪ್ರತಿರೋಧ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್ ಕೋಶದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 36), ಆನೋಡ್‌ನಿಂದ ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್‌ನ ಸ್ವಲ್ಪ ಸೋರಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ, ಅನೋಲೈಟ್ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ ಇಳಿಕೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ನಿಲ್ಲಿಸುವ ಅಗತ್ಯಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, AA ಯ FE ಯಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಸೋರಿಕೆಯಿಂದಾಗಿರಬಹುದು, ಇದು OER ಗಾಗಿ Ni ಫೋಮ್ ತೆರೆಯುವಿಕೆಯನ್ನು ಬೆಂಬಲಿಸುತ್ತದೆ. 300 mA cm−2 ನಲ್ಲಿ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಅವನತಿಯ ಮೇಲೆ ತುಕ್ಕು ಹಿಡಿದ AEM ನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲು, ನಾವು 46 ಗಂಟೆಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ನಂತರ ಅದನ್ನು ಹೊಸ AEM ನೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸಿದ್ದೇವೆ. ನಿರೀಕ್ಷೆಯಂತೆ, ವೇಗವರ್ಧಕ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಪುನಃಸ್ಥಾಪಿಸಲಾಯಿತು, ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಆರಂಭಿಕ ಮೌಲ್ಯಕ್ಕೆ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು (2.09 ರಿಂದ 1.71 V ವರೆಗೆ) ಮತ್ತು ನಂತರ ಮುಂದಿನ 12 ಗಂಟೆಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಸ್ವಲ್ಪ ಹೆಚ್ಚಾಯಿತು (1.71 ರಿಂದ 1.79 V ವರೆಗೆ, 5% ರಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಳ; ಚಿತ್ರ 6e).
ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, 200 mA cm−2 ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ನಾವು 60 ಗಂಟೆಗಳ ನಿರಂತರ AA ಉತ್ಪಾದನಾ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು, ಇದು AA ಯ FE ಮತ್ತು ಕೋಶ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಉತ್ತಮವಾಗಿ ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ನಾವು 300 mA cm−2 ರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸಹ ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದೇವೆ ಮತ್ತು 58 ಗಂಟೆಗಳ ಒಟ್ಟಾರೆ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದ್ದೇವೆ, 46 ಗಂಟೆಗಳ ನಂತರ AEM ಅನ್ನು ಹೊಸದರೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸಿದ್ದೇವೆ. ಮೇಲಿನ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ವೇಗವರ್ಧಕದ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಕೈಗಾರಿಕಾವಾಗಿ ಆದರ್ಶ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ನಿರಂತರ AA ಉತ್ಪಾದನೆಗಾಗಿ MEA ಯ ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ AEM ಗಳ ಭವಿಷ್ಯದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯ ಅಗತ್ಯವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ.
ನಮ್ಮ MEA ಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ನಾವು ತಲಾಧಾರದ ಆಹಾರ, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ, ತಟಸ್ಥೀಕರಣ ಮತ್ತು ಬೇರ್ಪಡಿಸುವ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ಸಂಪೂರ್ಣ AA ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದ್ದೇವೆ (ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 37). ಕ್ಷಾರೀಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕ್ಯಾಟಲಿಟಿಕ್ ಕಾರ್ಬಾಕ್ಸಿಲೇಟ್ ಉತ್ಪಾದನಾ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಆರ್ಥಿಕ ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಲು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯನ್ನು ನಡೆಸಲಾಯಿತು. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ವೆಚ್ಚಗಳು ಬಂಡವಾಳ, ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗಳು ಮತ್ತು ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತವೆ (ಚಿತ್ರ 7a ಮತ್ತು ಪೂರಕ ಚಿತ್ರ 38), ಮತ್ತು ಆದಾಯಗಳು AA ಮತ್ತು H2 ಉತ್ಪಾದನೆಯಿಂದ ಬರುತ್ತವೆ. TEA ಫಲಿತಾಂಶಗಳು ನಮ್ಮ ಕಾರ್ಯಾಚರಣಾ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ (ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆ 300 mA cm-2, ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ 1.76 V, FE 82%), ಒಟ್ಟು ವೆಚ್ಚಗಳು ಮತ್ತು ಆದಾಯಗಳು ಕ್ರಮವಾಗಿ US$2429 ಮತ್ತು US$2564 ಆಗಿದ್ದು, ಇದು ಉತ್ಪಾದಿಸಿದ AA ಟನ್‌ಗೆ US$135 ನಿವ್ವಳ ಲಾಭವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ (ವಿವರಗಳಿಗಾಗಿ ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 9 ನೋಡಿ).
a 82% FE, 300 mA cm−2 ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು 1.76 V ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಹೊಂದಿರುವ ಮೂಲ ಪ್ರಕರಣದ ಸನ್ನಿವೇಶದಲ್ಲಿ AA ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಒಟ್ಟು ವೆಚ್ಚ. b FE ಮತ್ತು c ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಮೂರು ವೆಚ್ಚಗಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ. ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಲ್ಲಿ, ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದ ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು TEA ಮಾದರಿಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಇತರ ನಿಯತಾಂಕಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರಿಸಲಾಗಿದೆ. d Ni(OH)2-NS ಮತ್ತು NiV-LDH-NS ಬಳಸಿಕೊಂಡು AA ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಸಿಂಥೆಸಿಸ್‌ನ ಲಾಭ ಮತ್ತು ಲಾಭದ ಮೇಲೆ ವಿಭಿನ್ನ FE ಮತ್ತು ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಪರಿಣಾಮಗಳು, ಸೆಲ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು 1.76 V ನಲ್ಲಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಇರಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಿ. a–d ಗಾಗಿ ಇನ್‌ಪುಟ್ ಡೇಟಾವನ್ನು ಕಚ್ಚಾ ಡೇಟಾ ಫೈಲ್‌ನಲ್ಲಿ ನೀಡಲಾಗಿದೆ.
ಈ ಪ್ರಮೇಯವನ್ನು ಆಧರಿಸಿ, AA ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಲಾಭದಾಯಕತೆಯ ಮೇಲೆ FE ಮತ್ತು ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ನಾವು ಮತ್ತಷ್ಟು ತನಿಖೆ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. FE ಯಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆಯು ಕಾರ್ಯಾಚರಣಾ ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುವುದರಿಂದ, ಲಾಭದಾಯಕತೆಯು AA ಯ FE ಗೆ ಬಹಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಂಡಿದ್ದೇವೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಒಟ್ಟಾರೆ ವೆಚ್ಚವು ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 7b). ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ (>200 mA cm-2) ಬಂಡವಾಳ ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಸ್ಥಾವರ ನಿರ್ಮಾಣ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದಕ ಕೋಶ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಲಾಭದ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕೊಡುಗೆ ನೀಡುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 7c). ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, FE ಲಾಭದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚು ಮಹತ್ವದ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಬೀರುತ್ತದೆ. ಲಾಭದ ಮೇಲೆ FE ಮತ್ತು ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ನಿರೂಪಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಲಾಭದಾಯಕತೆಯನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಕೈಗಾರಿಕಾವಾಗಿ ಸಂಬಂಧಿತ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ (>200 mA cm-2) ಹೆಚ್ಚಿನ FE (>60%) ಸಾಧಿಸುವ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ನಾವು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ನೋಡುತ್ತೇವೆ. AA ನ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಮೌಲ್ಯದಿಂದಾಗಿ, NiV-LDH-NS ಅನ್ನು ವೇಗವರ್ಧಕವಾಗಿ ಹೊಂದಿರುವ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು 100–500 mA cm−2 (ಪೆಂಟಾಗ್ರಾಮ್ ಚುಕ್ಕೆಗಳು; ಚಿತ್ರ 7d) ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿ ಉಳಿದಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, Ni(OH)2-NS ಗೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ (>200 mA cm−2) FE ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಪ್ರತಿಕೂಲ ಫಲಿತಾಂಶಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು (ವೃತ್ತಗಳು; ಚಿತ್ರ 7d), ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ FE ಹೊಂದಿರುವ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.
ಬಂಡವಾಳ ಮತ್ತು ನಿರ್ವಹಣಾ ವೆಚ್ಚಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವಲ್ಲಿ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯ ಜೊತೆಗೆ, ನಮ್ಮ TEA ಮೌಲ್ಯಮಾಪನವು ಲಾಭದಾಯಕತೆಯನ್ನು ಎರಡು ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಮೊದಲನೆಯದು ಪೊಟ್ಯಾಸಿಯಮ್ ಸಲ್ಫೇಟ್ (K2SO4) ಅನ್ನು ತಟಸ್ಥೀಕರಣ ಘಟಕದ ಉಪ-ಉತ್ಪನ್ನವಾಗಿ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ ಸಹ-ಮಾರಾಟ ಮಾಡುವುದು, ಆದರೆ US$828/t AA-1 ಸಂಭಾವ್ಯ ಆದಾಯದೊಂದಿಗೆ (ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 9). ಎರಡನೆಯದು ವಸ್ತು ಮರುಬಳಕೆ ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ವೆಚ್ಚ-ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ AA ಬೇರ್ಪಡಿಕೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ (ತಟಸ್ಥೀಕರಣ ಮತ್ತು ಬೇರ್ಪಡಿಕೆ ಘಟಕಗಳಿಗೆ ಪರ್ಯಾಯಗಳು) ಸೇರಿದಂತೆ ಸಂಸ್ಕರಣಾ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸುವುದು. ಪ್ರಸ್ತುತ ಬಳಸುತ್ತಿರುವ ಆಮ್ಲ-ಬೇಸ್ ತಟಸ್ಥೀಕರಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಸ್ತು ವೆಚ್ಚಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು (ಇದು 85.3% ನಷ್ಟು ದೊಡ್ಡ ಪಾಲನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ), ಅದರಲ್ಲಿ 94% ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಮತ್ತು KOH ($2069/t AA-1; ಚಿತ್ರ 7a) ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ, ಆದರೆ ಮೇಲೆ ಹೇಳಿದಂತೆ, ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಇನ್ನೂ ಒಟ್ಟಾರೆ ಲಾಭದಾಯಕವಾಗಿದೆ. KOH ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸದ ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಚೇತರಿಕೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಮುಂದುವರಿದ ವಿಧಾನಗಳಿಂದ ವಸ್ತು ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು ಎಂದು ನಾವು ಸೂಚಿಸುತ್ತೇವೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ KOH14 ನ ಸಂಪೂರ್ಣ ಚೇತರಿಕೆಗಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡಯಾಲಿಸಿಸ್ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡಯಾಲಿಸಿಸ್ ಮೂಲಕ US$1073/t AA-1 ಅಂದಾಜು ವೆಚ್ಚ; ಪೂರಕ ಟಿಪ್ಪಣಿ 9).
ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, Ni(OH)2 ನ್ಯಾನೊಶೀಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ V ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ನಾವು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ ಪರಮಾಣುವಿನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದ್ದೇವೆ. 1.5–1.9 VRHE ಮತ್ತು 170 mA cm−2 ರ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಿಶಾಲ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ, NiV-LDH-NS ನಲ್ಲಿನ AA FE 83–88% ತಲುಪಿತು, ಆದರೆ OER ಅನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ 3% ಗೆ ನಿಗ್ರಹಿಸಲಾಯಿತು. V ಮಾರ್ಪಾಡು Ni2+ ಅನ್ನು Ni3+x ಗೆ ಕಡಿತಗೊಳಿಸುವುದನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸಿತು ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿತು. ಪ್ರಚೋದಿತ ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣವು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣಕ್ಕಾಗಿ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು COR ನ RDS ಅನ್ನು ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದಿಂದ Cα − H ವಿಭಜನೆಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ನಿರ್ಜಲೀಕರಣಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಮತ್ತು ಸೈಕ್ಲೋಹೆಕ್ಸಾನೋನ್‌ನ ವರ್ಧಿತ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯು OER ಅನ್ನು ನಿಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. MEA ಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು 300 mA cm−2 ಕೈಗಾರಿಕಾ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆ, 82% ದಾಖಲೆಯ AA ದಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು 1536 μmol cm−2 h−1 ಉತ್ಪಾದಕತೆಯಲ್ಲಿ ನಿರಂತರ AA ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿತು. 50-ಗಂಟೆಗಳ ಪರೀಕ್ಷೆಯು NiV-LDH-NS ಉತ್ತಮ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇದು MEA ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ AA FE ಅನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು (> 200 mA cm−2 ನಲ್ಲಿ 60 ಗಂಟೆಗಳ ಕಾಲ 80%; > 300 mA cm−2 ನಲ್ಲಿ 58 ಗಂಟೆಗಳ ಕಾಲ 70%). ಕೈಗಾರಿಕಾವಾಗಿ ಆದರ್ಶ ಪ್ರವಾಹ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಹೆಚ್ಚು ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ AEM ಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವ ಅವಶ್ಯಕತೆಯಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಬೇಕು. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, TEA AA ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ತಂತ್ರಗಳ ಆರ್ಥಿಕ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಮುಂದುವರಿದ ಬೇರ್ಪಡಿಕೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಎತ್ತಿ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.