nature.com 'ਤੇ ਜਾਣ ਲਈ ਧੰਨਵਾਦ। ਤੁਹਾਡੇ ਦੁਆਰਾ ਵਰਤੇ ਜਾ ਰਹੇ ਬ੍ਰਾਊਜ਼ਰ ਸੰਸਕਰਣ ਵਿੱਚ ਸੀਮਤ CSS ਸਮਰਥਨ ਹੈ। ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਅਨੁਭਵ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਇੱਕ ਨਵੇਂ ਬ੍ਰਾਊਜ਼ਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਦੀ ਸਿਫਾਰਸ਼ ਕਰਦੇ ਹਾਂ (ਜਾਂ ਇੰਟਰਨੈੱਟ ਐਕਸਪਲੋਰਰ ਵਿੱਚ ਅਨੁਕੂਲਤਾ ਮੋਡ ਨੂੰ ਅਯੋਗ ਕਰਨ ਦੀ)। ਇਸ ਦੌਰਾਨ, ਨਿਰੰਤਰ ਸਹਾਇਤਾ ਨੂੰ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਸਾਈਟ ਨੂੰ ਸਟਾਈਲ ਅਤੇ JavaScript ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਾਂਗੇ।
CA ਤੇਲ (ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਲ ਦਾ ਮਿਸ਼ਰਣ) ਤੋਂ ਐਡੀਪਿਕ ਐਸਿਡ (ਨਾਈਲੋਨ 66 ਦਾ ਪੂਰਵਗਾਮੀ) ਦਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਸਿੰਥੇਸਿਸ ਇੱਕ ਟਿਕਾਊ ਰਣਨੀਤੀ ਹੈ ਜੋ ਰਵਾਇਤੀ ਤਰੀਕਿਆਂ ਨੂੰ ਬਦਲ ਸਕਦੀ ਹੈ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਲਈ ਕਠੋਰ ਹਾਲਤਾਂ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਘੱਟ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗੀ ਆਕਸੀਜਨ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਇਸਦੇ ਉਦਯੋਗਿਕ ਉਪਯੋਗਾਂ ਨੂੰ ਕਾਫ਼ੀ ਹੱਦ ਤੱਕ ਸੀਮਤ ਕਰਦੀਆਂ ਹਨ। ਇਸ ਕੰਮ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਅਤੇ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਸੀਮਾ (1.5–1.9 V ਬਨਾਮ ਰਿਵਰਸੀਬਲ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ) ਉੱਤੇ ਉੱਚ ਫੈਰਾਡਾਈਕ ਕੁਸ਼ਲਤਾ (>80%) ਬਣਾਈ ਰੱਖਣ ਲਈ ਵੈਨੇਡੀਅਮ ਨਾਲ ਨਿੱਕਲ ਡਬਲ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ ਨੂੰ ਸੋਧਦੇ ਹਾਂ। ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਅਤੇ ਸਿਧਾਂਤਕ ਅਧਿਐਨਾਂ ਨੇ V ਸੋਧ ਦੀਆਂ ਦੋ ਮੁੱਖ ਭੂਮਿਕਾਵਾਂ ਦਾ ਖੁਲਾਸਾ ਕੀਤਾ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਅਤੇ ਬਿਹਤਰ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸੋਸ਼ਣ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ। ਸੰਕਲਪ ਦੇ ਸਬੂਤ ਵਜੋਂ, ਅਸੀਂ ਇੱਕ ਝਿੱਲੀ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਸੈਂਬਲੀ ਬਣਾਈ ਜਿਸਨੇ ਉਦਯੋਗਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (300 mA cm-2) 'ਤੇ ਉੱਚ ਫੈਰਾਡਾਈਕ ਕੁਸ਼ਲਤਾ (82%) ਅਤੇ ਉਤਪਾਦਕਤਾ (1536 μmol cm-2 h-1) ਦੇ ਨਾਲ ਐਡੀਪਿਕ ਐਸਿਡ ਪੈਦਾ ਕੀਤਾ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਸਥਿਰਤਾ >50 h ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ। ਇਹ ਕੰਮ ਉੱਚ ਉਤਪਾਦਕਤਾ ਅਤੇ ਉਦਯੋਗਿਕ ਸੰਭਾਵਨਾ ਵਾਲੇ ਐਡੀਪਿਕ ਐਸਿਡ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਸਿੰਥੇਸਿਸ ਲਈ ਇੱਕ ਕੁਸ਼ਲ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਐਡੀਪਿਕ ਐਸਿਡ (AA) ਸਭ ਤੋਂ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਐਲੀਫੈਟਿਕ ਡਾਈਕਾਰਬੋਕਸਾਈਲਿਕ ਐਸਿਡਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਹੈ ਅਤੇ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਾਈਲੋਨ 66 ਅਤੇ ਹੋਰ ਪੋਲੀਅਮਾਈਡ ਜਾਂ ਪੋਲੀਮਰਾਂ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ1। ਉਦਯੋਗਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ, AA ਨੂੰ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਲ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ (ਭਾਵ, AA ਤੇਲ) ਦੇ ਮਿਸ਼ਰਣ ਨੂੰ ਆਕਸੀਡਾਈਜ਼ ਕਰਕੇ 50-60 ਵੋਲ% ਨਾਈਟ੍ਰਿਕ ਐਸਿਡ ਨੂੰ ਆਕਸੀਡਾਈਜ਼ਿੰਗ ਏਜੰਟ ਵਜੋਂ ਵਰਤ ਕੇ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਵਿੱਚ ਗ੍ਰੀਨਹਾਊਸ ਗੈਸਾਂ2,3 ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸੰਘਣੇ ਨਾਈਟ੍ਰਿਕ ਐਸਿਡ ਅਤੇ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਆਕਸਾਈਡ (N2O ਅਤੇ NOx) ਦੇ ਨਿਕਾਸ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਵਾਤਾਵਰਣ ਸੰਬੰਧੀ ਚਿੰਤਾਵਾਂ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ H2O2 ਨੂੰ ਇੱਕ ਵਿਕਲਪਿਕ ਹਰੇ ਆਕਸੀਡਾਈਜ਼ਿੰਗ ਏਜੰਟ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਇਸਦੀ ਉੱਚ ਕੀਮਤ ਅਤੇ ਕਠੋਰ ਸੰਸਲੇਸ਼ਣ ਸਥਿਤੀਆਂ ਇਸਨੂੰ ਅਮਲੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲਾਗੂ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਬਣਾਉਂਦੀਆਂ ਹਨ, ਅਤੇ ਇੱਕ ਵਧੇਰੇ ਲਾਗਤ-ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਅਤੇ ਟਿਕਾਊ ਢੰਗ ਦੀ ਲੋੜ ਹੈ4,5,6।
ਪਿਛਲੇ ਦਹਾਕੇ ਦੌਰਾਨ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਰਸਾਇਣ ਅਤੇ ਬਾਲਣ ਸੰਸਲੇਸ਼ਣ ਵਿਧੀਆਂ ਨੇ ਨਵਿਆਉਣਯੋਗ ਊਰਜਾ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਅਤੇ ਹਲਕੇ ਹਾਲਾਤਾਂ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਕਮਰੇ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ ਅਤੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਦਬਾਅ) 7,8,9,10 ਵਿੱਚ ਕੰਮ ਕਰਨ ਦੇ ਆਪਣੇ ਫਾਇਦਿਆਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਵਿਗਿਆਨੀਆਂ ਦਾ ਵੱਧਦਾ ਧਿਆਨ ਖਿੱਚਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਸਬੰਧ ਵਿੱਚ, KA ਤੇਲ ਦੇ AA ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਪਰਿਵਰਤਨ ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਉਪਰੋਕਤ ਫਾਇਦਿਆਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ ਰਵਾਇਤੀ ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਆਉਣ ਵਾਲੇ ਨਾਈਟ੍ਰਿਕ ਐਸਿਡ ਅਤੇ ਨਾਈਟਰਸ ਆਕਸਾਈਡ ਨਿਕਾਸ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਨੂੰ ਖਤਮ ਕਰਨ ਲਈ ਬਹੁਤ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 1a)। ਪਾਇਨੀਅਰਿੰਗ ਕੰਮ ਪੈਟਰੋਸਿਆਨ ਐਟ ਅਲ ਦੁਆਰਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ (COR; ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਜਾਂ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਲ ਨੂੰ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਿਕਲ ਆਕਸੀਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ (NiOOH) 'ਤੇ KA ਤੇਲ ਦੀ ਨੁਮਾਇੰਦਗੀ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਵਜੋਂ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ) ਦੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਆਕਸੀਕਰਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੀ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਸੀ, ਪਰ ਘੱਟ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (6 mA cm-2) ਅਤੇ ਦਰਮਿਆਨੀ AA ਉਪਜ (52%) ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ11,12। ਉਦੋਂ ਤੋਂ, COR ਗਤੀਵਿਧੀ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਨਿੱਕਲ-ਅਧਾਰਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤਰੱਕੀ ਹੋਈ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਲ13 ਵਿੱਚ Cα–Cβ ਕਲੀਵੇਜ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਤਾਂਬੇ-ਡੋਪਡ ਨਿੱਕਲ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ (Cu-Ni(OH)2) ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦਾ ਸੰਸਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਅਸੀਂ ਹਾਲ ਹੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਹਾਈਡ੍ਰੋਫੋਬਿਕ ਸੂਖਮ ਵਾਤਾਵਰਣ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਸੋਡੀਅਮ ਡੋਡੇਸੀਲ ਸਲਫੋਨੇਟ (SDS) ਨਾਲ ਸੋਧੇ ਹੋਏ ਇੱਕ Ni(OH)2 ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਹੈ ਜੋ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਲ14 ਨੂੰ ਭਰਪੂਰ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।
a KA ਤੇਲ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਆਕਸੀਡੇਸ਼ਨ ਦੁਆਰਾ AA ਉਤਪਾਦਨ ਦੀਆਂ ਚੁਣੌਤੀਆਂ। b ਪਹਿਲਾਂ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੇ ਗਏ Ni-ਅਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ COR ਅਤੇ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸਿਸਟਮ ਅਤੇ ਫਲੋ ਬੈਟਰੀ ਸਿਸਟਮ ਵਿੱਚ ਸਾਡੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਤੁਲਨਾ 11,13,14,16,26। ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਬਾਰੇ ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਜਾਣਕਾਰੀ ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀਆਂ 1 ਅਤੇ 2 ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ। c H-ਸੈੱਲ ਰਿਐਕਟਰ ਅਤੇ MEA ਵਿੱਚ COR ਲਈ ਸਾਡੇ NiV-LDH-NS ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ, ਜੋ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਸੀਮਾ ਵਿੱਚ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ।
ਹਾਲਾਂਕਿ ਉਪਰੋਕਤ ਤਰੀਕਿਆਂ ਨੇ COR ਗਤੀਵਿਧੀ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ, ਪਰ ਦੱਸੇ ਗਏ Ni-ਅਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਨੇ ਉੱਚ AA ਫੈਰਾਡੇ ਕੁਸ਼ਲਤਾ (FE) (>80%) ਸਿਰਫ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਘੱਟ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ 'ਤੇ ਦਿਖਾਈ, ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਉਲਟਾਉਣ ਯੋਗ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ (RHE, ਸੰਖੇਪ VRHE) ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ 1.6 V ਤੋਂ ਘੱਟ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, AA ਦੀ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਗਈ ਅੰਸ਼ਕ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (ਭਾਵ, FE ਨਾਲ ਗੁਣਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਕੁੱਲ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ) ਹਮੇਸ਼ਾਂ 60 mA cm−2 ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੁੰਦੀ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 1b ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 1)। ਘੱਟ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਉਦਯੋਗਿਕ ਜ਼ਰੂਰਤਾਂ (>200 mA cm−2)15 ਤੋਂ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਹੈ, ਜੋ ਉੱਚ-ਥਰੂਪੁੱਟ AA ਸੰਸਲੇਸ਼ਣ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਰੋਕਦੀ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 1a; ਸਿਖਰ)। ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ, ਇੱਕ ਵਧੇਰੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸੰਭਾਵੀ (ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸਿਸਟਮ ਲਈ) ਜਾਂ ਇੱਕ ਉੱਚ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ (ਦੋ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸਿਸਟਮ ਲਈ) ਲਾਗੂ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਪਰਿਵਰਤਨਾਂ ਲਈ ਇੱਕ ਸਧਾਰਨ ਪਹੁੰਚ ਹੈ, ਖਾਸ ਕਰਕੇ ਆਕਸੀਜਨ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ (OER)। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਉੱਚ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ COR ਲਈ, OER AA ਦੇ FE ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਪ੍ਰਮੁੱਖ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗੀ ਬਣ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਊਰਜਾ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਘਟਦੀ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 1a; ਹੇਠਾਂ)। ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਪਿਛਲੀ ਪ੍ਰਗਤੀ (ਚਿੱਤਰ 1b ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 1) ਦੀ ਸਮੀਖਿਆ ਕਰਦੇ ਹੋਏ, ਸਾਨੂੰ ਇਹ ਦੇਖ ਕੇ ਨਿਰਾਸ਼ਾ ਹੋਈ ਕਿ SDS-ਸੋਧਿਆ Ni(OH)2 'ਤੇ AA ਦਾ FE 93% ਤੋਂ ਘਟ ਕੇ 76% ਹੋ ਗਿਆ ਹੈ ਜਿਸ ਨਾਲ ਲਾਗੂ ਸੰਭਾਵੀ 1.5 VRHE ਤੋਂ 1.7 VRHE14 ਤੱਕ ਵਧਿਆ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ CuxNi1-x(OH)2/CF 'ਤੇ AA ਦਾ FE 1.52 VRHE ਤੋਂ 1.62 VRHE16 ਤੱਕ ਵਧਣ ਨਾਲ 93% ਤੋਂ ਘਟ ਕੇ 69% ਹੋ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, AA ਦੀ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਗਈ ਅੰਸ਼ਕ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਉੱਚ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ ਅਨੁਪਾਤਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਹੀਂ ਵਧਦੀ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ AA ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੇ ਸੁਧਾਰ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਦੀ ਹੈ, AA ਦੇ ਘੱਟ FE ਕਾਰਨ ਉੱਚ ਊਰਜਾ ਖਪਤ ਦਾ ਜ਼ਿਕਰ ਨਾ ਕਰਨਾ। ਨਿੱਕਲ-ਅਧਾਰਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਕੋਬਾਲਟ-ਅਧਾਰਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਨੇ COR17,18,19 ਵਿੱਚ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਗਤੀਵਿਧੀ ਵੀ ਦਿਖਾਈ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਉੱਚ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ 'ਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ Ni-ਅਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਕੋਲ ਉਦਯੋਗਿਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਵਧੇਰੇ ਸੰਭਾਵੀ ਸੀਮਾਵਾਂ ਹਨ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਕੀਮਤ ਵਿੱਚ ਵੱਧ ਉਤਰਾਅ-ਚੜ੍ਹਾਅ ਅਤੇ ਛੋਟੀਆਂ ਵਸਤੂਆਂ। ਇਸ ਲਈ, ਉੱਚ AA ਉਪਜ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਨੂੰ ਵਿਵਹਾਰਕ ਬਣਾਉਣ ਲਈ COR ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਅਤੇ FE ਵਾਲੇ Ni-ਅਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਨੂੰ ਵਿਕਸਤ ਕਰਨਾ ਫਾਇਦੇਮੰਦ ਹੈ।
ਇਸ ਕੰਮ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਵੈਨੇਡੀਅਮ(V)-ਸੋਧਿਆ ਹੋਇਆ ਨਿੱਕਲ ਲੇਅਰਡ ਡਬਲ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ (NiV-LDH-NS) ਨੂੰ COR ਰਾਹੀਂ AA ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਕੁਸ਼ਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਸਟਾਂ ਵਜੋਂ ਰਿਪੋਰਟ ਕਰਦੇ ਹਾਂ, ਜੋ ਕਿ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦਬਾਏ ਗਏ OER ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ, H-ਸੈੱਲਾਂ ਅਤੇ ਝਿੱਲੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਸੈਂਬਲੀਆਂ (MEAs; ਚਿੱਤਰ 1 b) ਦੋਵਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ FE ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਇੱਕ ਆਮ Ni(OH)2 ਨੈਨੋਸ਼ੀਟ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ (Ni(OH)2-NS) ਉੱਤੇ ਐਸੀਟਲੀਨ ਆਕਸੀਕਰਨ ਕੁਸ਼ਲਤਾ, ਉਮੀਦ ਅਨੁਸਾਰ, ਉੱਚ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ, 1.5 VRHE 'ਤੇ 80% ਤੋਂ 1.9 VRHE 'ਤੇ 42% ਤੱਕ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, Ni(OH)2 ਨੂੰ V ਨਾਲ ਸੋਧਣ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, NiV-LDH-NS ਨੇ ਇੱਕ ਦਿੱਤੇ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤੀ ਅਤੇ, ਹੋਰ ਵੀ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ, ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ 'ਤੇ ਉੱਚ FE ਬਣਾਈ ਰੱਖਿਆ। ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, 1.9 VRHE 'ਤੇ, ਇਸਨੇ 170 mA cm−2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਅਤੇ 83% FE ਦਿਖਾਇਆ, ਜੋ ਕਿ ਤਿੰਨ-ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਸਿਸਟਮ ਵਿੱਚ COR ਲਈ ਇੱਕ ਵਧੇਰੇ ਅਨੁਕੂਲ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 1c ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 1)। ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਅਤੇ ਸਿਧਾਂਤਕ ਡੇਟਾ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ Ni(OH)2 ਤੋਂ ਉੱਚ-ਵੈਲੇਨਟ Ni ਆਕਸੀਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡ (Ni3+xOOH1-x) ਤੱਕ ਘਟਾਉਣ ਦੇ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਜੋ COR ਲਈ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਪੜਾਅ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, V ਸੋਧ ਨੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤਹ 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਸੋਸ਼ਣ ਨੂੰ ਵਧਾਇਆ, ਜਿਸਨੇ ਉੱਚ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ OER ਨੂੰ ਦਬਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਭੂਮਿਕਾ ਨਿਭਾਈ। ਇੱਕ ਹੋਰ ਯਥਾਰਥਵਾਦੀ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਵਿੱਚ NiV-LDH-NS ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਇੱਕ MEA ਪ੍ਰਵਾਹ ਰਿਐਕਟਰ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਇੱਕ ਉਦਯੋਗਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (300 mA cm−2) 'ਤੇ AA (82%) ਦਾ FE ਦਿਖਾਇਆ, ਜੋ ਕਿ ਇੱਕ ਝਿੱਲੀ ਪ੍ਰਵਾਹ ਰਿਐਕਟਰ (ਚਿੱਤਰ 1b ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 2) ਵਿੱਚ ਸਾਡੇ ਪਿਛਲੇ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨਾਲੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ। AA (1536 μmol cm−2 h−1) ਦੀ ਅਨੁਸਾਰੀ ਪੈਦਾਵਾਰ ਥਰਮਲ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ (<30 mmol gcatalyst−1 h−1)4 ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਗਈ ਪੈਦਾਵਾਰ ਨਾਲੋਂ ਵੀ ਵੱਧ ਸੀ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨੇ MEA ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਸਮੇਂ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ ਦਿਖਾਈ, 200 mA cm−2 'ਤੇ 60 ਘੰਟਿਆਂ ਲਈ FE >80% AA ਅਤੇ 300 mA cm−2 'ਤੇ 58 ਘੰਟਿਆਂ ਲਈ FE >70% AA ਬਣਾਈ ਰੱਖਿਆ। ਅੰਤ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਵਿਵਹਾਰਕਤਾ ਅਧਿਐਨ (FEA) ਨੇ AA ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਰਣਨੀਤੀ ਦੀ ਲਾਗਤ-ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ੀਲਤਾ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕੀਤਾ।
ਪਿਛਲੇ ਸਾਹਿਤ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, Ni(OH)2 ਇੱਕ ਆਮ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਹੈ ਜੋ COR ਲਈ ਚੰਗੀ ਗਤੀਵਿਧੀ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ Ni(OH)2-NS13,14 ਨੂੰ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ ਕੋਪ੍ਰੀਸੀਪੀਟੇਸ਼ਨ ਵਿਧੀ ਰਾਹੀਂ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਨਮੂਨਿਆਂ ਨੇ β-Ni(OH)2 ਬਣਤਰ ਦਿਖਾਈ, ਜਿਸਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਵਰਤਨ (XRD; ਚਿੱਤਰ 2a) ਦੁਆਰਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਅਤੇ ਅਤਿ-ਪਤਲੇ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ (ਮੋਟਾਈ: 2–3 nm, ਪਾਸੇ ਦਾ ਆਕਾਰ: 20–50 nm) ਨੂੰ ਉੱਚ-ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (HRTEM; ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 1) ਅਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਬਲ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (AFM) ਮਾਪਾਂ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 2) ਦੁਆਰਾ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ ਦਾ ਸਮੂਹ ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਅਤਿ-ਪਤਲੇ ਸੁਭਾਅ ਦੇ ਕਾਰਨ ਵੀ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ।
Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੇ ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਵਰਤਨ ਪੈਟਰਨ। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੰਭਾਵੀ ਸਥਾਨਾਂ 'ਤੇ b Ni(OH)2-NS ਅਤੇ c NiV-LDH-NS 'ਤੇ FE, ਥਰੂਪੁੱਟ, ਅਤੇ AA ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ। ਗਲਤੀ ਬਾਰ ਇੱਕੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਤਿੰਨ ਸੁਤੰਤਰ ਮਾਪਾਂ ਦੇ ਮਿਆਰੀ ਭਟਕਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ। d NV-LDH-NS ਦਾ HRTEM ਚਿੱਤਰ। ਸਕੇਲ ਬਾਰ: 20 nm। NiV-LDH-NS ਦਾ HAADF-STEM ਚਿੱਤਰ ਅਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਐਲੀਮੈਂਟਲ ਨਕਸ਼ਾ ਜੋ Ni (ਹਰਾ), V (ਪੀਲਾ), ਅਤੇ O (ਨੀਲਾ) ਦੀ ਵੰਡ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਸਕੇਲ ਬਾਰ: 100 nm। f Ni 2p3/2, g O 1 s, ਅਤੇ h V 2p3/2 Ni(OH)2-NS (ਉੱਪਰ) ਅਤੇ NiV-LDH-NS (ਹੇਠਾਂ) ਦਾ XPS ਡੇਟਾ। i FE ਅਤੇ j 7 ਚੱਕਰਾਂ ਵਿੱਚ ਦੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ AA ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਹਨ। ਗਲਤੀ ਬਾਰ ਇੱਕੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਤਿੰਨ ਸੁਤੰਤਰ ਮਾਪਾਂ ਦੇ ਮਿਆਰੀ ਭਟਕਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ 10% ਦੇ ਅੰਦਰ ਹਨ। ਕੱਚੇ ਡੇਟਾ ਫਾਈਲਾਂ ਵਿੱਚ a–c ਅਤੇ f–j ਲਈ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
ਫਿਰ ਅਸੀਂ COR 'ਤੇ Ni(OH)2-NS ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕੀਤਾ। ਸਥਿਰ ਸੰਭਾਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ, ਅਸੀਂ OER (ਚਿੱਤਰ 2b) ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ (1.5 VRHE) 'ਤੇ AA ਦਾ 80% FE ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ COR ਘੱਟ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ OER ਨਾਲੋਂ ਊਰਜਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ। ਮੁੱਖ ਉਪ-ਉਤਪਾਦ 3% ਦੇ FE ਦੇ ਨਾਲ ਗਲੂਟਰਿਕ ਐਸਿਡ (GA) ਪਾਇਆ ਗਿਆ। ਸੁਕਸੀਨਿਕ ਐਸਿਡ (SA), ਮੈਲੋਨਿਕ ਐਸਿਡ (MA), ਅਤੇ ਆਕਸਾਲਿਕ ਐਸਿਡ (OA) ਦੀ ਟਰੇਸ ਮਾਤਰਾ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਨੂੰ ਵੀ HPLC ਦੁਆਰਾ ਮਾਪਿਆ ਗਿਆ ਸੀ (ਉਤਪਾਦ ਵੰਡ ਲਈ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 3 ਵੇਖੋ)। ਉਤਪਾਦ ਵਿੱਚ ਕੋਈ ਫਾਰਮਿਕ ਐਸਿਡ ਨਹੀਂ ਪਾਇਆ ਗਿਆ, ਜੋ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਕਾਰਬੋਨੇਟ ਨੂੰ C1 ਉਪ-ਉਤਪਾਦ ਵਜੋਂ ਬਣਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ, 0.4 M ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਪੂਰੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ਾਬੀਕਰਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ ਗੈਸੀ ਉਤਪਾਦਾਂ ਨੂੰ Ca(OH)2 ਘੋਲ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ, ਘੋਲ ਗੰਧਲਾ ਹੋ ਗਿਆ, ਜੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਕਾਰਬੋਨੇਟ ਦੇ ਗਠਨ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਪੈਦਾ ਹੋਣ ਵਾਲੀ ਕੁੱਲ ਬਿਜਲੀ ਘੱਟ ਹੋਣ ਕਾਰਨ (ਚਿੱਤਰ 2b, c), ਕਾਰਬੋਨੇਟ ਦੀ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਘੱਟ ਹੈ ਅਤੇ ਮਾਪਣਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਹੋਰ C2-C5 ਉਤਪਾਦ ਵੀ ਬਣ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਪਰ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀ ਮਾਤਰਾ ਨੂੰ ਮਾਪਿਆ ਨਹੀਂ ਜਾ ਸਕਦਾ। ਹਾਲਾਂਕਿ ਉਤਪਾਦਾਂ ਦੀ ਕੁੱਲ ਮਾਤਰਾ ਨੂੰ ਮਾਪਣਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੈ, ਕੁੱਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਸਮਾਨ ਦਾ 90% ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੀ ਪਛਾਣ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ, ਜੋ ਸਾਡੀ ਮਕੈਨੀਕਲ ਸਮਝ ਲਈ ਇੱਕ ਆਧਾਰ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਘੱਟ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (20 mA cm−2) ਦੇ ਕਾਰਨ, AA ਦੀ ਉਪਜ 97 μmol cm−2 h−1 (ਚਿੱਤਰ 2b) ਸੀ, ਜੋ ਕਿ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ (5 mg cm−2) ਦੇ ਪੁੰਜ ਲੋਡਿੰਗ ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ 19 mmol h−1 g−1 ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਥਰਮਲ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਉਤਪਾਦਕਤਾ (~30 mmol h−1 g−1)1 ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਲਾਗੂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੰਭਾਵੀ 1.5 ਤੋਂ 1.9 VRHE ਤੱਕ ਵਧੀ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਸਮੁੱਚੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਵਧੀ (20 ਤੋਂ 114 mA cm−2), ਤਾਂ ਇੱਕੋ ਸਮੇਂ AA FE ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਮੀ ਆਈ, 80% ਤੋਂ 42% ਤੱਕ। ਵਧੇਰੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ FE ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ OER ਲਈ ਮੁਕਾਬਲੇ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੈ। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ 1.7 VRHE 'ਤੇ, OER ਮੁਕਾਬਲਾ AA FE ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਮੀ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਸਮੁੱਚੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਵਧਣ ਦੇ ਨਾਲ AA ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਥੋੜ੍ਹਾ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਹਾਲਾਂਕਿ AA ਦੀ ਅੰਸ਼ਕ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 16 ਤੋਂ 48 mA cm−2 ਤੱਕ ਵਧ ਗਈ ਅਤੇ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ ਵਧੀ (97 ਤੋਂ 298 μmol cm−2 h−1 ਤੱਕ), ਵੱਡੀ ਮਾਤਰਾ ਵਿੱਚ ਵਾਧੂ ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਪਤ ਹੋਈ (2.5 Wh gAA−1 1.5 ਤੋਂ 1.9 VRHE ਤੱਕ ਵੱਧ), ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਕਾਰਬਨ ਨਿਕਾਸ ਵਿੱਚ 2.7 g CO2 gAA−1 ਦਾ ਵਾਧਾ ਹੋਇਆ (ਗਣਨਾ ਵੇਰਵੇ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 1 ਵਿੱਚ ਦਿੱਤੇ ਗਏ ਹਨ)। ਉੱਚ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ 'ਤੇ COR ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੇ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗੀ ਵਜੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਨੋਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ OER ਪਿਛਲੀਆਂ ਰਿਪੋਰਟਾਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ ਅਤੇ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ14,17 ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਆਮ ਚੁਣੌਤੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਇੱਕ ਵਧੇਰੇ ਕੁਸ਼ਲ Ni(OH)2-NS-ਅਧਾਰਿਤ COR ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਵਿਕਸਤ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਸਰਗਰਮ ਪੜਾਅ ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ। ਅਸੀਂ ਆਪਣੇ ਇਨ ਸੀਟੂ ਰਮਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ ਨਤੀਜਿਆਂ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 4) ਵਿੱਚ 473 cm-1 ਅਤੇ 553 cm-1 'ਤੇ ਸਿਖਰਾਂ ਨੂੰ ਦੇਖਿਆ, ਜੋ ਕਿ NiOOH ਵਿੱਚ Ni3+-O ਬਾਂਡਾਂ ਦੇ ਝੁਕਣ ਅਤੇ ਖਿੱਚਣ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰੀ ਹਨ। ਇਹ ਦਸਤਾਵੇਜ਼ੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦਰਜ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ ਕਿ NiOOH ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ Ni(OH)2 ਕਮੀ ਅਤੇ Ni(OH)O ਇਕੱਠਾ ਹੋਣ ਦਾ ਨਤੀਜਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਜ਼ਰੂਰੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਆਕਸੀਕਰਨ20,21 ਵਿੱਚ ਸਰਗਰਮ ਪੜਾਅ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਉਮੀਦ ਕਰਦੇ ਹਾਂ ਕਿ Ni(OH)2 ਦੀ NiOOH ਵਿੱਚ ਪੜਾਅ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ ਕਰਨ ਨਾਲ COR ਦੀ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਗਤੀਵਿਧੀ ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਅਸੀਂ Ni(OH)2 ਨੂੰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਧਾਤਾਂ ਨਾਲ ਸੋਧਣ ਦੀ ਕੋਸ਼ਿਸ਼ ਕੀਤੀ ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ ਕਿ ਹੇਟਰੋਐਟਮ ਸੋਧ ਪਰਿਵਰਤਨ ਧਾਤ ਆਕਸਾਈਡਾਂ/ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਡਾਂ 22,23,24 ਵਿੱਚ ਪੜਾਅ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਨਮੂਨਿਆਂ ਨੂੰ Ni ਅਤੇ ਇੱਕ ਦੂਜੇ ਧਾਤ ਪੂਰਵਗਾਮੀ ਦੇ ਸਹਿ-ਜਮਾਤ ਦੁਆਰਾ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਧਾਤ-ਸੰਸ਼ੋਧਿਤ ਨਮੂਨਿਆਂ ਵਿੱਚੋਂ, V-ਸੰਸ਼ੋਧਿਤ ਨਮੂਨੇ (V:Ni ਪਰਮਾਣੂ ਅਨੁਪਾਤ 1:8) (ਜਿਸਨੂੰ NiV-LDH-NS ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ) ਨੇ COR ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦਿਖਾਈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 5) ਅਤੇ ਹੋਰ ਵੀ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ, ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਵਿੰਡੋ ਉੱਤੇ ਉੱਚ AA FE। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ (1.5 VRHE) 'ਤੇ, NiV-LDH-NS ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ Ni(OH)2-NS (39 ਬਨਾਮ 20 mA cm−2) ਨਾਲੋਂ 1.9 ਗੁਣਾ ਵੱਧ ਸੀ, ਅਤੇ AA FE ਦੋਵਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ (83% ਬਨਾਮ 80%) 'ਤੇ ਤੁਲਨਾਯੋਗ ਸੀ। ਉੱਚ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ ਅਤੇ ਸਮਾਨ FE AA ਦੇ ਕਾਰਨ, NiV-LDH-NS ਦੀ ਉਤਪਾਦਕਤਾ Ni(OH)2-NS (204 ਬਨਾਮ 97 μmol cm−2 h−1) ਨਾਲੋਂ 2.1 ਗੁਣਾ ਵੱਧ ਹੈ, ਜੋ ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ (ਚਿੱਤਰ 2c) 'ਤੇ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ 'ਤੇ V ਸੋਧ ਦੇ ਪ੍ਰਮੋਟਿੰਗ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ।
ਵਧਦੀ ਲਾਗੂ ਸੰਭਾਵੀ (ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, 1.9 VRHE) ਦੇ ਨਾਲ, NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ Ni(OH)2-NS (170 ਬਨਾਮ 114 mA cm−2) ਨਾਲੋਂ 1.5 ਗੁਣਾ ਵੱਧ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਵਾਧਾ ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ (1.9 ਗੁਣਾ ਵੱਧ) ਦੇ ਸਮਾਨ ਹੈ। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, NiV-LDH-NS ਨੇ ਉੱਚ AA FE (83%) ਨੂੰ ਬਰਕਰਾਰ ਰੱਖਿਆ ਅਤੇ OER ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦਬਾ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ (O2 FE 4%; ਚਿੱਤਰ 2c), ਉੱਚ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ (ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 1) 'ਤੇ ਬਹੁਤ ਘੱਟ AA FE ਵਾਲੇ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ ਪਹਿਲਾਂ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੇ ਗਏ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਨੂੰ ਪਛਾੜ ਦਿੱਤਾ। ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਵਿੰਡੋ (1.5–1.9 VRHE) ਵਿੱਚ AA ਦੇ ਉੱਚ FE ਦੇ ਕਾਰਨ, 1.9 VRHE 'ਤੇ 867 μmol cm−2 h−1 (174.3 mmol g−1 h−1 ਦੇ ਬਰਾਬਰ) ਦੀ AA ਪੀੜ੍ਹੀ ਦਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਗਈ, ਜੋ ਕਿ NiV-LDH-NS ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੇ ਕੁੱਲ ਪੁੰਜ ਲੋਡਿੰਗ ਦੁਆਰਾ ਗਤੀਵਿਧੀ ਨੂੰ ਆਮ ਬਣਾਉਣ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਅਤੇ ਇੱਥੋਂ ਤੱਕ ਕਿ ਥਰਮੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਅਨੁਕੂਲ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਦੀ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 6)।
Ni(OH)2 ਨੂੰ V ਨਾਲ ਸੋਧਣ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ ਉੱਤੇ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਅਤੇ ਉੱਚ FE ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ NiV-LDH-NS ਦੀ ਬਣਤਰ ਨੂੰ ਦਰਸਾਇਆ। XRD ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ V ਨਾਲ ਸੋਧ ਨੇ β-Ni(OH)2 ਤੋਂ α-Ni(OH)2 ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਪੜਾਅ ਤਬਦੀਲੀ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਾਇਆ, ਅਤੇ ਕੋਈ ਵੀ V-ਸਬੰਧਤ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨ ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਦਾ ਪਤਾ ਨਹੀਂ ਲੱਗਿਆ (ਚਿੱਤਰ 2a)। HRTEM ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ NiV-LDH-NS ਅਲਟਰਾਥਿਨ Ni(OH)2-NS ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ ਵਿਰਾਸਤ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਸਮਾਨ ਪਾਸੇ ਦੇ ਮਾਪ ਹਨ (ਚਿੱਤਰ 2d)। AFM ਮਾਪਾਂ ਨੇ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਇਕੱਤਰਤਾ ਪ੍ਰਵਿਰਤੀ ਦਾ ਖੁਲਾਸਾ ਕੀਤਾ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਲਗਭਗ 7 nm (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 7) ਦੀ ਮਾਪਣਯੋਗ ਮੋਟਾਈ ਹੋਈ, ਜੋ ਕਿ Ni(OH)2-NS (ਮੋਟਾਈ: 2–3 nm) ਨਾਲੋਂ ਵੱਡੀ ਹੈ। ਊਰਜਾ-ਫੈਲਾਉਣ ਵਾਲੇ ਐਕਸ-ਰੇ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (EDS) ਮੈਪਿੰਗ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ (ਚਿੱਤਰ 2e) ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ V ਅਤੇ Ni ਤੱਤ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਵੰਡੇ ਗਏ ਸਨ। V ਦੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਬਣਤਰ ਅਤੇ Ni 'ਤੇ ਇਸਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਸਪੱਸ਼ਟ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਐਕਸ-ਰੇ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (XPS) (ਚਿੱਤਰ 2f–h) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। Ni(OH)2-NS ਨੇ Ni2+ (ਮਾਦਾ ਸਿਖਰ 855.6 eV 'ਤੇ, ਸੈਟੇਲਾਈਟ ਸਿਖਰ 861.1 eV 'ਤੇ, ਚਿੱਤਰ 2f)25 ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਸਪਿਨ-ਔਰਬਿਟ ਸਿਖਰਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ। Ni(OH)2-NS ਦੇ O 1 s XPS ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਨੂੰ ਤਿੰਨ ਸਿਖਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚੋਂ 529.9, 530.9 ਅਤੇ 532.8 eV 'ਤੇ ਸਿਖਰਾਂ ਨੂੰ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਜਾਲੀ ਆਕਸੀਜਨ (OL), ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਲ ਸਮੂਹ (Ni-OH) ਅਤੇ ਸਤਹ ਨੁਕਸਾਂ (OAds) 'ਤੇ ਸੋਖੇ ਗਏ ਆਕਸੀਜਨ (ਚਿੱਤਰ 2g)26,27,28,29 ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। V ਨਾਲ ਸੋਧ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, V 2p3/2 ਸਿਖਰ ਪ੍ਰਗਟ ਹੋਇਆ, ਜਿਸਨੂੰ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 517.1 eV (V5+), 516.6 eV (V4+) ਅਤੇ 515.8 eV (V3+) 'ਤੇ ਸਥਿਤ ਤਿੰਨ ਸਿਖਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਬਣਤਰ ਵਿੱਚ V ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਉੱਚ ਆਕਸੀਕਰਨ ਅਵਸਥਾਵਾਂ (ਚਿੱਤਰ 2h)25,30,31 ਵਿੱਚ ਮੌਜੂਦ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, NiV-LDH-NS ਵਿੱਚ 855.4 eV 'ਤੇ Ni 2p ਸਿਖਰ ਨੂੰ Ni(OH)2-NS ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ (ਲਗਭਗ 0.2 eV) ਸ਼ਿਫਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ V ਤੋਂ Ni ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। V ਸੋਧ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਦੇਖੀ ਗਈ Ni ਦੀ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਘੱਟ ਵੈਲੈਂਸ ਅਵਸਥਾ Ni K-ਐਜ ਐਕਸ-ਰੇ ਸੋਖਣ ਨੇੜੇ-ਐਜ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (XANES) ਨਤੀਜਿਆਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਸੀ (ਵਧੇਰੇ ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਹੇਠਾਂ "V ਸੋਧ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕਟੌਤੀ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਦੀ ਹੈ" ਭਾਗ ਵੇਖੋ)। 1 ਘੰਟੇ ਲਈ COR ਇਲਾਜ ਤੋਂ ਬਾਅਦ NiV-LDH-NS ਨੂੰ NiV-LDH-POST ਵਜੋਂ ਮਨੋਨੀਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪੀ, EDS ਮੈਪਿੰਗ, ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਵਰਤਨ, ਰਮਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ, ਅਤੇ XPS ਮਾਪਾਂ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 8 ਅਤੇ 9) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਦਰਸਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਅਲਟਰਾਥਿਨ ਨੈਨੋਸ਼ੀਟ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 8a–c) ਦੇ ਨਾਲ ਸਮੂਹਾਂ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਰਹੇ। V ਲੀਚਿੰਗ ਅਤੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 8d–f) ਦੇ ਕਾਰਨ ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨਿਟੀ ਘੱਟ ਗਈ ਅਤੇ V ਸਮੱਗਰੀ ਘੱਟ ਗਈ। XPS ਸਪੈਕਟਰਾ ਨੇ V ਪੀਕ ਤੀਬਰਤਾ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 9) ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਦਿਖਾਈ, ਜਿਸਨੂੰ V ਲੀਚਿੰਗ ਦਾ ਕਾਰਨ ਮੰਨਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, O 1s ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 9d) ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਪੈਰਾਮੈਗਨੈਟਿਕ ਰੈਜ਼ੋਨੈਂਸ (EPR) ਮਾਪ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 10) ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਆਕਸੀਜਨ ਖਾਲੀ ਥਾਵਾਂ ਦੀ ਮਾਤਰਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੇ 1 ਘੰਟੇ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਵਧ ਗਈ, ਜਿਸ ਨਾਲ Ni 2p ਬਾਈਡਿੰਗ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਤਬਦੀਲੀ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ (ਵਧੇਰੇ ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 9 ਅਤੇ 10 ਵੇਖੋ)26,27,32,33। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, NiV-LDH-NS ਨੇ COR ਦੇ 1 ਘੰਟੇ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਢਾਂਚਾਗਤ ਤਬਦੀਲੀ ਦਿਖਾਈ।
COR ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਵਿੱਚ V ਦੀ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਭੂਮਿਕਾ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ NiV-LDH ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨੂੰ ਵੱਖ-ਵੱਖ V:Ni ਪਰਮਾਣੂ ਅਨੁਪਾਤ (1:32, 1:16, ਅਤੇ 1:4, ਕ੍ਰਮਵਾਰ NiV-32, NiV-16, ਅਤੇ NiV-4 ਵਜੋਂ ਮਨੋਨੀਤ) ਦੇ ਨਾਲ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ, ਉਸੇ ਸਹਿ-ਪ੍ਰਾਪਤੀ ਵਿਧੀ ਦੁਆਰਾ 1:8 ਨੂੰ ਛੱਡ ਕੇ। EDS ਮੈਪਿੰਗ ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਵਿੱਚ V:Ni ਪਰਮਾਣੂ ਅਨੁਪਾਤ ਪੂਰਵਗਾਮੀ ਦੇ ਨੇੜੇ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 11a–e)। V ਸੋਧ ਦੇ ਵਾਧੇ ਦੇ ਨਾਲ, V 2p ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਦੀ ਤੀਬਰਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ Ni 2p ਖੇਤਰ ਦੀ ਬਾਈਡਿੰਗ ਊਰਜਾ ਲਗਾਤਾਰ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਪਾਸੇ ਵੱਲ ਬਦਲ ਜਾਂਦੀ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 12)। ਉਸੇ ਸਮੇਂ, OL ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਵਧਿਆ। ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਟੈਸਟ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਘੱਟੋ-ਘੱਟ V ਸੋਧ (V:Ni ਪਰਮਾਣੂ ਅਨੁਪਾਤ 1:32) ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਵੀ OER ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਦਬਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, V ਸੋਧ ਤੋਂ ਬਾਅਦ 1.8 VRHE 'ਤੇ O2 FE 27% ਤੋਂ ਘੱਟ ਕੇ 11% ਹੋ ਗਿਆ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 11f)। V:Ni ਅਨੁਪਾਤ 1:32 ਤੋਂ 1:8 ਤੱਕ ਵਧਣ ਨਾਲ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਗਤੀਵਿਧੀ ਵਧ ਗਈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, V ਸੋਧ (V:Ni ਅਨੁਪਾਤ 1:4) ਦੇ ਹੋਰ ਵਾਧੇ ਦੇ ਨਾਲ, ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸਦਾ ਅਸੀਂ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾਉਂਦੇ ਹਾਂ ਕਿ Ni ਸਰਗਰਮ ਸਾਈਟਾਂ ਦੀ ਘਣਤਾ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੈ (ਖਾਸ ਕਰਕੇ NiOOH ਸਰਗਰਮ ਪੜਾਅ; ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 11f)। V ਸੋਧ ਦੇ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਪ੍ਰਭਾਵ ਅਤੇ Ni ਸਰਗਰਮ ਸਾਈਟਾਂ ਦੀ ਸੰਭਾਲ ਦੇ ਕਾਰਨ, 1:8 ਦੇ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ ਵਾਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨੇ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ ਸਕ੍ਰੀਨਿੰਗ ਟੈਸਟ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ FE ਅਤੇ AA ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦਿਖਾਇਆ। ਇਹ ਸਪੱਸ਼ਟ ਕਰਨ ਲਈ ਕਿ ਕੀ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਸਥਿਰ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ, ਵਰਤੇ ਗਏ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਰਚਨਾ ਦੀ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ 1:16 ਤੋਂ 1:4 ਤੱਕ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ ਵਾਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਲਈ, ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਤੋਂ ਬਾਅਦ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ ਲਗਭਗ 1:22 ਤੱਕ ਘੱਟ ਗਿਆ, ਜੋ ਕਿ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਕਾਰਨ V ਦੇ ਲੀਚਿੰਗ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 13)। ਧਿਆਨ ਦਿਓ ਕਿ ਤੁਲਨਾਤਮਕ AA FEs ਉਦੋਂ ਦੇਖੇ ਗਏ ਜਦੋਂ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ 1:16 (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 11f) ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਜਾਂ ਵੱਧ ਸੀ, ਜਿਸਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਦੁਆਰਾ ਸਮਝਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦਿਖਾਉਣ ਵਾਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਵਿੱਚ ਸਮਾਨ V:Ni ਅਨੁਪਾਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ।
COR ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਵਿੱਚ V-ਸੋਧਿਆ Ni(OH)2 ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਦੀ ਹੋਰ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ Ni(OH)2-NS ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ V ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਲਈ ਦੋ ਹੋਰ ਸਿੰਥੈਟਿਕ ਤਰੀਕੇ ਵਿਕਸਤ ਕੀਤੇ ਹਨ। ਇੱਕ ਮਿਕਸਿੰਗ ਵਿਧੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਨਮੂਨੇ ਨੂੰ NiV-MIX ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ; ਦੂਜਾ ਇੱਕ ਕ੍ਰਮਵਾਰ ਸਪਟਰਿੰਗ ਵਿਧੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਨਮੂਨੇ ਨੂੰ NiV-SP ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਸੰਸਲੇਸ਼ਣ ਦੇ ਵੇਰਵੇ ਵਿਧੀਆਂ ਭਾਗ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ। SEM-EDS ਮੈਪਿੰਗ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ V ਨੂੰ ਦੋਵਾਂ ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੀ Ni(OH)2-NS ਸਤਹ 'ਤੇ ਸਫਲਤਾਪੂਰਵਕ ਸੋਧਿਆ ਗਿਆ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 14)। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ 1.8 VRHE 'ਤੇ, NiV-MIX ਅਤੇ NiV-SP ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ 'ਤੇ AA ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 78% ਅਤੇ 79% ਹੈ, ਦੋਵੇਂ Ni(OH)2-NS (51%) ਨਾਲੋਂ ਉੱਚ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦਿਖਾਉਂਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, NiV-MIX ਅਤੇ NiV-SP ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਂ 'ਤੇ OER ਨੂੰ Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%) ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਦਬਾ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ (ਕ੍ਰਮਵਾਰ FE O2: 7% ਅਤੇ 2%)। ਇਹ ਨਤੀਜੇ OER ਦਮਨ 'ਤੇ Ni(OH)2 ਵਿੱਚ V ਸੋਧ ਦੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਦੇ ਹਨ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 14)। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਨਾਲ ਸਮਝੌਤਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਜੋ ਕਿ ਸੱਤ COR ਚੱਕਰਾਂ ਤੋਂ ਬਾਅਦ NiV-MIX 'ਤੇ FE AA ਦੇ 45% ਅਤੇ NiV-SP 'ਤੇ 35% ਤੱਕ ਘਟਣ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਬਿੰਬਤ ਹੋਇਆ ਸੀ, ਜੋ ਕਿ V ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਨੂੰ ਸਥਿਰ ਕਰਨ ਲਈ ਢੁਕਵੇਂ ਢੰਗ ਅਪਣਾਉਣ ਦੀ ਜ਼ਰੂਰਤ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ NiV-LDH-NS ਵਿੱਚ Ni(OH)2 ਜਾਲੀ ਵਿੱਚ V ਸੋਧ, ਜੋ ਕਿ ਇਸ ਕੰਮ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਹੈ।
ਅਸੀਂ COR ਨੂੰ ਕਈ ਚੱਕਰਾਂ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕਰਕੇ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਵੀ ਕੀਤਾ। ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਤੀ ਚੱਕਰ 1 ਘੰਟੇ ਲਈ ਕੀਤੀ ਗਈ ਅਤੇ ਹਰੇਕ ਚੱਕਰ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਨੂੰ ਬਦਲਿਆ ਗਿਆ। 7ਵੇਂ ਚੱਕਰ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, Ni(OH)2-NS 'ਤੇ FE ਅਤੇ AA ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 50% ਅਤੇ 60% ਘਟਿਆ, ਜਦੋਂ ਕਿ OER ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ (ਚਿੱਤਰ 2i, j)। ਹਰੇਕ ਚੱਕਰ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਅਸੀਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਚੱਕਰੀ ਵੋਲਟੈਮੈਟਰੀ (CV) ਕਰਵ ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਦੇਖਿਆ ਕਿ Ni2+ ਦਾ ਆਕਸੀਕਰਨ ਸਿਖਰ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਘਟਦਾ ਗਿਆ, ਜੋ ਕਿ Ni ਦੀ ਰੀਡੌਕਸ ਸਮਰੱਥਾ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 15a–c)। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੌਰਾਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਵਿੱਚ Ni ਕੈਟੇਸ਼ਨ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਵਿੱਚ ਵਾਧੇ ਦੇ ਨਾਲ-ਨਾਲ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 15d), ਅਸੀਂ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਗਿਰਾਵਟ (ਘਟਿਆ FE ਅਤੇ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ) ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਤੋਂ Ni ਦੇ ਲੀਚਿੰਗ ਨੂੰ ਜ਼ਿੰਮੇਵਾਰ ਠਹਿਰਾਉਂਦੇ ਹਾਂ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ Ni ਫੋਮਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਵਧੇਰੇ ਐਕਸਪੋਜਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜੋ OER ਗਤੀਵਿਧੀ ਨੂੰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, NiV-LDH-NS ਨੇ FE ਅਤੇ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ ਵਿੱਚ ਗਿਰਾਵਟ ਨੂੰ 10% ਤੱਕ ਘਟਾ ਦਿੱਤਾ (ਚਿੱਤਰ 2i, j), ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ ਨੇ Ni ਲੀਚਿੰਗ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਰੋਕਿਆ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 15d)। V ਸੋਧ ਦੀ ਵਧੀ ਹੋਈ ਸਥਿਰਤਾ ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਸਿਧਾਂਤਕ ਗਣਨਾਵਾਂ ਕੀਤੀਆਂ। ਪਿਛਲੇ ਸਾਹਿਤ 34,35 ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਸਰਗਰਮ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਧਾਤ ਦੇ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੀ ਡੀਮੈਟਾਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ ਐਂਥਲਪੀ ਬਦਲਾਅ ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਥਿਰਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਵਾਜਬ ਵਰਣਨਕਰਤਾ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਪੁਨਰਗਠਿਤ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS (ਕ੍ਰਮਵਾਰ NiOOH ਅਤੇ NiVOOH) ਦੀ (100) ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ Ni ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੀ ਡੀਮੈਟਾਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ ਐਂਥਲਪੀ ਬਦਲਾਅ ਦਾ ਅਨੁਮਾਨ ਲਗਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ (ਮਾਡਲ ਨਿਰਮਾਣ ਦੇ ਵੇਰਵੇ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 2 ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 16 ਵਿੱਚ ਦੱਸੇ ਗਏ ਹਨ)। NiOOH ਅਤੇ NiVOOH ਤੋਂ Ni ਦੀ ਡੀਮੈਟਾਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਦਰਸਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 17)। NiVOOH (0.0325 eV) 'ਤੇ Ni ਡੀਮੈਟਾਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦੀ ਊਰਜਾ ਲਾਗਤ NiOOH (0.0005 eV) ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੈ, ਜੋ ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ NiOOH ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦੀ ਹੈ।
NiV-LDH-NS 'ਤੇ OER ਇਨਿਹਿਬਿਟਰੀ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ, ਖਾਸ ਕਰਕੇ ਉੱਚ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ, ਵੱਖ-ਵੱਖ ਨਮੂਨਿਆਂ 'ਤੇ ਸੰਭਾਵੀ-ਨਿਰਭਰ O2 ਗਠਨ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ ਡਿਫਰੈਂਸ਼ੀਅਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਮਾਸ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਮੈਟਰੀ (DEMS) ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਅਣਹੋਂਦ ਵਿੱਚ, NiV-LDH-NS 'ਤੇ O2 1.53 VRHE ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸਮਰੱਥਾ 'ਤੇ ਪ੍ਰਗਟ ਹੋਇਆ, ਜੋ ਕਿ Ni(OH)2-NS (1.62 VRHE) 'ਤੇ O2 ਨਾਲੋਂ ਥੋੜ੍ਹਾ ਘੱਟ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 18)। ਇਹ ਨਤੀਜਾ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ COR ਦੌਰਾਨ NiV-LDH-NS ਦਾ OER ਇਨਿਹਿਬਿਸ਼ਨ ਇਸਦੀ ਅੰਦਰੂਨੀ ਘੱਟ OER ਗਤੀਵਿਧੀ ਦੇ ਕਾਰਨ ਨਹੀਂ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਲੀਨੀਅਰ ਸਵੀਪ ਵੋਲਟੈਮੈਟਰੀ (LSV) ਕਰਵ ਵਿੱਚ ਥੋੜ੍ਹਾ ਉੱਚ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ ਦੇ ਨਾਲ ਇਕਸਾਰ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 19)। ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਦੇਰੀ ਨਾਲ ਹੋਇਆ O2 ਵਿਕਾਸ (ਸੰਭਵ ਤੌਰ 'ਤੇ COR ਦੇ ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕ ਫਾਇਦੇ ਦੇ ਕਾਰਨ) ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ AA ਦੇ ਉੱਚ FE ਦੀ ਵਿਆਖਿਆ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਹੋਰ ਵੀ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਗੱਲ ਇਹ ਹੈ ਕਿ, NiV-LDH-NS (1.73 VRHE) 'ਤੇ OER ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੰਭਾਵੀ Ni(OH)2-NS (1.65 VRHE) ਨਾਲੋਂ ਜ਼ਿਆਦਾ ਦੇਰੀ ਨਾਲ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਵਧੇਰੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸੰਭਾਵੀ (ਚਿੱਤਰ 2c) 'ਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ AA ਦੇ ਉੱਚ FE ਅਤੇ O2 ਦੇ ਘੱਟ FE ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ।
V ਸੋਧ ਦੇ ਪ੍ਰਮੋਟਿੰਗ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਹੋਰ ਸਮਝਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ OER ਅਤੇ COR ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ Tafel ਢਲਾਣਾਂ ਨੂੰ ਮਾਪ ਕੇ ਕੀਤਾ। ਇਹ ਧਿਆਨ ਦੇਣ ਯੋਗ ਹੈ ਕਿ Tafel ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ ਤੋਂ ਉੱਚ ਸੰਭਾਵੀ ਤੱਕ LSV ਟੈਸਟ ਦੌਰਾਨ Ni2+ ਤੋਂ Ni3+ ਦੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਕਾਰਨ ਹੈ। COR Tafel ਢਲਾਣ ਮਾਪ 'ਤੇ Ni2+ ਆਕਸੀਕਰਨ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨੂੰ 10 ਮਿੰਟ ਲਈ 1.8 VRHE 'ਤੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਫਿਰ ਉਲਟਾ ਸਕੈਨ ਮੋਡ ਵਿੱਚ LSV ਟੈਸਟ ਕੀਤੇ, ਭਾਵ, ਉੱਚ ਸੰਭਾਵੀ ਤੋਂ ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ ਤੱਕ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 20)। Tafel ਢਲਾਣ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਮੂਲ LSV ਕਰਵ ਨੂੰ 100% iR ਮੁਆਵਜ਼ੇ ਨਾਲ ਠੀਕ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਅਣਹੋਂਦ ਵਿੱਚ, NiV-LDH-NS (41.6 mV dec−1) ਦਾ Tafel ਢਲਾਣ Ni(OH)2-NS (65.5 mV dec−1) ਨਾਲੋਂ ਘੱਟ ਸੀ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ ਦੁਆਰਾ OER ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ ਵਧਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 20c)। ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, NiV-LDH-NS (37.3 mV dec−1) ਦਾ Tafel ਢਲਾਣ Ni(OH)2-NS (127.4 mV dec−1) ਨਾਲੋਂ ਘੱਟ ਸੀ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ ਦਾ OER ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ COR 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਸਪੱਸ਼ਟ ਗਤੀ ਪ੍ਰਭਾਵ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 20d)। ਇਹ ਨਤੀਜੇ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦੇ ਹਨ ਕਿ ਹਾਲਾਂਕਿ V ਸੋਧ ਕੁਝ ਹੱਦ ਤੱਕ OER ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਇਹ COR ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਤੇਜ਼ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ AA ਦੇ FE ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
FE ਅਤੇ AA ਦੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ 'ਤੇ ਉਪਰੋਕਤ V ਸੋਧ ਦੇ ਪ੍ਰਮੋਟਿੰਗ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਵਿਧੀ ਅਧਿਐਨ 'ਤੇ ਧਿਆਨ ਕੇਂਦਰਿਤ ਕੀਤਾ। ਕੁਝ ਪਿਛਲੀਆਂ ਰਿਪੋਰਟਾਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਹੈ ਕਿ ਹੇਟਰੋਐਟਮ ਸੋਧ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲਿਨਿਟੀ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਤੌਰ 'ਤੇ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਸਤਹ ਖੇਤਰ (EAS) ਨੂੰ ਵਧਾ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਸਰਗਰਮ ਸਾਈਟਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਵਧਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਗਤੀਵਿਧੀ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ36,37। ਇਸ ਸੰਭਾਵਨਾ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਐਕਟੀਵੇਸ਼ਨ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਅਤੇ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ECSA ਮਾਪ ਕੀਤੇ, ਅਤੇ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦਾ ECSA ਤੁਲਨਾਤਮਕ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 21), ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਵਾਧੇ 'ਤੇ V ਸੋਧ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਸਾਈਟ ਘਣਤਾ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਛੱਡ ਕੇ।
ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਵੀਕਾਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਗਿਆਨ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਅਲਕੋਹਲ ਜਾਂ ਹੋਰ ਨਿਊਕਲੀਓਫਿਲਿਕ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ Ni(OH)2-ਉਤਪ੍ਰੇਰਿਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਆਕਸੀਡੇਸ਼ਨ ਵਿੱਚ, Ni(OH)2 ਪਹਿਲਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਗੁਆ ​​ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਫਿਰ ਇੱਕ ਖਾਸ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 38,39,40,41 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਕਦਮਾਂ ਦੁਆਰਾ NiOOH ਤੱਕ ਘਟਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਬਣਿਆ NiOOH ਫਿਰ ਆਕਸੀਡਾਈਜ਼ਡ ਉਤਪਾਦ 20,41 ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮਾਂ ਦੁਆਰਾ ਨਿਊਕਲੀਓਫਿਲਿਕ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤੋਂ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਐਬਸਟਰੈਕਟ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਅਸਲ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ COR ਪ੍ਰਜਾਤੀ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਹਾਲ ਹੀ ਵਿੱਚ ਇਹ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ ਕਿ ਹਾਲਾਂਕਿ NiOOH ਵਿੱਚ ਕਮੀ Ni(OH)2 'ਤੇ ਅਲਕੋਹਲ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਆਕਸੀਡੇਸ਼ਨ ਲਈ ਦਰ-ਨਿਰਧਾਰਨ ਕਦਮ (RDS) ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਹਿਤ ਵਿੱਚ ਸੁਝਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, Ni3+ ਅਲਕੋਹਲ ਦਾ ਆਕਸੀਕਰਨ Ni3+41,42 ਦੇ ਖਾਲੀ ਔਰਬਿਟਲਾਂ ਰਾਹੀਂ ਗੈਰ-ਰੈਡੌਕਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦੁਆਰਾ ਇੱਕ ਸਵੈਚਲਿਤ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਉਸੇ ਸਾਹਿਤ ਵਿੱਚ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੇ ਗਏ ਮਕੈਨਿਸਟਿਕ ਅਧਿਐਨ ਤੋਂ ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਹੋ ਕੇ, ਅਸੀਂ ਡਾਇਮੇਥਾਈਲਗਲਾਇਓਕਸਾਈਮ ਡਾਈਸੋਡੀਅਮ ਸਾਲਟ ਓਕਟਾਹਾਈਡਰੇਟ (C4H6N2Na2O2 8H2O) ਨੂੰ ਇੱਕ ਪ੍ਰੋਬ ਅਣੂ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਤਾਂ ਜੋ COR ਦੌਰਾਨ Ni3+ ਕਮੀ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਕਿਸੇ ਵੀ Ni2+ ਗਠਨ ਨੂੰ ਇਨ-ਸੀਟੂ ਕੈਪਚਰ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 22 ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 3)। ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ Ni2+ ਦਾ ਗਠਨ ਦਿਖਾਇਆ, ਇਹ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਦਾ ਹੈ ਕਿ NiOOH ਦੀ ਰਸਾਇਣਕ ਕਮੀ ਅਤੇ Ni(OH)2 ਦਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਆਕਸੀਡੇਸ਼ਨ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਇੱਕੋ ਸਮੇਂ ਹੋਇਆ ਸੀ। ਇਸ ਲਈ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਗਤੀਵਿਧੀ Ni(OH)2 ਦੇ NiOOH ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਦੇ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ 'ਤੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਸਿਧਾਂਤ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, ਅਸੀਂ ਅੱਗੇ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ ਕਿ ਕੀ V ਦਾ ਸੋਧ Ni(OH)2 ਦੀ ਕਮੀ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ ਕਰੇਗਾ ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ COR ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰੇਗਾ।
ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਇਨ-ਸੀਟੂ ਰਮਨ ਤਕਨੀਕਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਇਹ ਦਰਸਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਕਿ NiOOH Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ COR ਲਈ ਸਰਗਰਮ ਪੜਾਅ ਹੈ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ 'ਤੇ NiOOH ਦੇ ਗਠਨ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਬਾਅਦ ਦੀ ਖਪਤ ਨੂੰ ਦੇਖ ਕੇ, ਉਪਰੋਕਤ "ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ-ਰਸਾਇਣਕ" ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ (ਚਿੱਤਰ 3a) ਦੀ ਪਾਲਣਾ ਕਰਦੇ ਹੋਏ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਪੁਨਰਗਠਿਤ NiV-LDH-NS ਦੀ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ Ni(OH)2-NS ਤੋਂ ਵੱਧ ਗਈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ Ni3+–O ਰਮਨ ਸਿਗਨਲ ਦੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਅਲੋਪ ਹੋਣ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਮਾਣਿਤ ਹੈ। ਅਸੀਂ ਫਿਰ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ NiV-LDH-NS ਨੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਜਾਂ ਗੈਰਹਾਜ਼ਰੀ ਵਿੱਚ Ni(OH)2-NS ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ NiOOH ਗਠਨ ਲਈ ਘੱਟ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸੰਭਾਵਨਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤੀ (ਚਿੱਤਰ 3b, c ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 4c, d)। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, NiV-LDH-NS ਦੀ ਉੱਤਮ OER ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਰਮਨ ਮਾਪ ਉਦੇਸ਼ ਦੇ ਅਗਲੇ ਲੈਂਸ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਬੁਲਬੁਲੇ ਚਿਪਕਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਕਾਰਨ 1.55 VRHE 'ਤੇ ਰਮਨ ਸਿਖਰ ਅਲੋਪ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 4d)। DEMS ਦੇ ਨਤੀਜਿਆਂ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 18) ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਘੱਟ ਸੰਭਾਵੀ (Ni(OH)2-NS ਲਈ VRHE < 1.58 ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਲਈ VRHE < 1.53) 'ਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਅਣਹੋਂਦ ਵਿੱਚ OER ਦੀ ਬਜਾਏ Ni2+ ਆਇਨਾਂ ਦੇ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਕਾਰਨ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, LSV ਕਰਵ ਵਿੱਚ Ni2+ ਦਾ ਆਕਸੀਕਰਨ ਸਿਖਰ NiV-LDH-NS ਨਾਲੋਂ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਹੈ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ NiV-LDH-NS ਨੂੰ ਵਧੀ ਹੋਈ ਰੀਮਾਡਲਿੰਗ ਸਮਰੱਥਾ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ (ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਲਈ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 19 ਵੇਖੋ)।
a 0.5 M KOH ਵਿੱਚ 1.5 VRHE 'ਤੇ 60 ਸਕਿੰਟਾਂ ਲਈ ਪ੍ਰੀਆਕਸੀਕਰਨ ਤੋਂ ਬਾਅਦ OCP ਹਾਲਤਾਂ ਅਧੀਨ Ni(OH)2-NS (ਖੱਬੇ) ਅਤੇ NiV-LDH-NS (ਸੱਜੇ) ਦਾ ਇਨ ਸੀਟੂ ਰਮਨ ਸਪੈਕਟਰਾ। b ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੰਭਾਵੀ ਸਥਾਨਾਂ 'ਤੇ 0.5 M KOH + 0.4 M ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਵਿੱਚ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ c NiV-LDH-NS ਦਾ ਇਨ ਸੀਟੂ ਰਮਨ ਸਪੈਕਟਰਾ। d 0.5 M KOH ਵਿੱਚ Ni K-ਐਜ 'ਤੇ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦਾ ਇਨ ਸੀਟੂ XANES ਸਪੈਕਟਰਾ ਅਤੇ e 0.5 M KOH ਅਤੇ 0.4 M ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ। ਇਨਸੈੱਟ 8342 ਅਤੇ 8446 eV ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਸਪੈਕਟ੍ਰਲ ਖੇਤਰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। f ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੰਭਾਵੀ ਸਥਾਨਾਂ 'ਤੇ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਵਿੱਚ Ni ਦੀਆਂ ਵੈਲੈਂਸ ਅਵਸਥਾਵਾਂ। g ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਪਾਉਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਅਤੇ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ NiV-LDH-NS ਦਾ ਇਨ ਸੀਟੂ Ni EXAFS ਸਪੈਕਟਰਾ। h Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੇ ਸਿਧਾਂਤਕ ਮਾਡਲ। ਸਿਖਰ: Ni(OH)2-NS 'ਤੇ, Ni(OH)2-NS ਤੋਂ NiOOH ਤੱਕ ਹੌਲੀ ਰੀਮਾਡਲਿੰਗ RDS ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ AA ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਘੱਟ-ਵੈਲੈਂਟ Ni ਅਵਸਥਾ ਨੂੰ ਬਣਾਈ ਰੱਖਣ ਲਈ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮਾਂ ਰਾਹੀਂ ਉੱਚ-ਵੈਲੈਂਟ Ni ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਹੇਠਾਂ: NiV-LDH-NS 'ਤੇ, ਰੀਮਾਡਲਿੰਗ ਕਦਮ V ਸੋਧ ਦੁਆਰਾ ਸੁਵਿਧਾਜਨਕ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ RDS ਨੂੰ ਰੀਮਾਡਲਿੰਗ ਕਦਮ ਤੋਂ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। i ਗਿਬਸ ਮੁਕਤ ਊਰਜਾ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੇ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ 'ਤੇ ਬਦਲਦੀ ਹੈ। aj ਅਤੇ i ਲਈ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਫਾਈਲ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕਟੌਤੀ ਦੌਰਾਨ ਪਰਮਾਣੂ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਢਾਂਚਿਆਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਇਨ ਸੀਟੂ ਐਕਸ-ਰੇ ਐਬਸੋਰਪਸ਼ਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (XAS) ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤੇ, ਜਿਸ ਨੇ ਤਿੰਨ ਲਗਾਤਾਰ ਪੜਾਵਾਂ ਵਿੱਚ Ni ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਦੀ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਸ਼ਕਤੀਸ਼ਾਲੀ ਸਾਧਨ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ: OER, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ, ਅਤੇ ਓਪਨ ਸਰਕਟ ਸੰਭਾਵੀ (OCP) 'ਤੇ COR। ਇਹ ਚਿੱਤਰ Ni ਦੇ K-ਐਜ XANES ਸਪੈਕਟਰਾ ਨੂੰ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਅਤੇ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ਵਧਦੀ ਸੰਭਾਵੀਤਾ ਦੇ ਨਾਲ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 3d, e)। ਉਸੇ ਸੰਭਾਵੀਤਾ 'ਤੇ, NiV-LDH-NS ਦੀ ਐਬਸੋਰਪਸ਼ਨ ਕਿਨਾਰੇ ਊਰਜਾ Ni(OH)2-NS (ਚਿੱਤਰ 3d, e, ਇਨਸੈੱਟ) ਨਾਲੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਹੈ। ਹਰੇਕ ਸਥਿਤੀ ਦੇ ਅਧੀਨ Ni ਦੀ ਔਸਤ ਵੈਲੈਂਸ ਦਾ ਅੰਦਾਜ਼ਾ XANES ਸਪੈਕਟਰਾ ਦੇ ਇੱਕ ਰੇਖਿਕ ਸੰਯੁਕਤ ਫਿੱਟ ਅਤੇ Ni K-ਐਜ ਐਬਸੋਰਪਸ਼ਨ ਊਰਜਾ ਸ਼ਿਫਟ (ਚਿੱਤਰ 3f) ਦੇ ਰਿਗਰੈਸ਼ਨ ਦੁਆਰਾ ਲਗਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਪ੍ਰਕਾਸ਼ਿਤ ਸਾਹਿਤ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 23)43 ਤੋਂ ਲਏ ਗਏ ਸੰਦਰਭ ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਦੇ ਨਾਲ।
ਪਹਿਲੇ ਪੜਾਅ ਵਿੱਚ (ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ, OER ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ; ਚਿੱਤਰ 3f, ਖੱਬੇ), ਅਣ-ਮੁੜ-ਨਿਰਮਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ (<1.3 VRHE) ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ 'ਤੇ, NiV-LDH-NS (+1.83) ਵਿੱਚ Ni ਦੀ ਸੰਯੋਜਕ ਅਵਸਥਾ Ni(OH)2-NS (+1.97) ਨਾਲੋਂ ਥੋੜ੍ਹੀ ਘੱਟ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ V ਤੋਂ Ni ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਉੱਪਰ ਦੱਸੇ ਗਏ XPS ਨਤੀਜਿਆਂ (ਚਿੱਤਰ 2f) ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਸੰਭਾਵੀ ਕਟੌਤੀ ਬਿੰਦੂ (1.5 VRHE) ਤੋਂ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ NiV-LDH-NS (+3.28) ਵਿੱਚ Ni ਦੀ ਸੰਯੋਜਕ ਅਵਸਥਾ Ni(OH)2-NS (+2.49) ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਵਧੇਰੇ ਸਪੱਸ਼ਟ ਵਾਧਾ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ। ਉੱਚ ਸੰਭਾਵੀ (1.8 VRHE) 'ਤੇ, NiV-LDH-NS (+3.64) 'ਤੇ ਪ੍ਰਾਪਤ Ni ਕਣਾਂ ਦੀ ਸੰਯੋਜਕ ਅਵਸਥਾ Ni(OH)2-NS (+3.47) ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੈ। ਹਾਲੀਆ ਰਿਪੋਰਟਾਂ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ, ਇਹ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ Ni3+xOOH1-x (Ni3+x Ni3+ ਅਤੇ Ni4+ ਦੀ ਇੱਕ ਮਿਸ਼ਰਤ ਪ੍ਰਜਾਤੀ ਹੈ) ਦੀ ਬਣਤਰ ਵਿੱਚ ਉੱਚ-ਵੈਲੈਂਟ Ni4+ ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਦੇ ਗਠਨ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸਨੇ ਪਹਿਲਾਂ ਅਲਕੋਹਲ ਡੀਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨੇਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਵਧੀ ਹੋਈ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਗਤੀਵਿਧੀ ਦਿਖਾਈ ਹੈ38,39,44। ਇਸ ਲਈ, COR ਵਿੱਚ NiV-LDH-NS ਦੀ ਉੱਤਮ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਉੱਚ-ਵੈਲੈਂਟ Ni ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਵਧੀ ਹੋਈ ਕਮੀ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ।
ਦੂਜੇ ਪੜਾਅ (ਰਿੰਗ ਓਪਨਿੰਗ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ, ਚਿੱਤਰ 3f), ਦੋਵਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ Ni ਦੀ ਵੈਲੈਂਸ ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਕਮੀ ਆਈ, ਜੋ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੁਆਰਾ Ni3+xOOH1-x ਦੀ ਕਮੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦੀ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਇਨ ਸੀਟੂ ਰਮਨ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ (ਚਿੱਤਰ 3a) ਦੇ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ Ni ਦੀ ਵੈਲੈਂਸ ਅਵਸਥਾ ਲਗਭਗ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਅਵਸਥਾ (ਘੱਟ ਸੰਭਾਵਨਾ 'ਤੇ ਪਹਿਲਾ ਕਦਮ) ਤੱਕ ਠੀਕ ਹੋ ਗਈ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ Ni ਦੀ ਰੀਡੌਕਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ Ni3+xOOH1-x ਵਿੱਚ ਉਲਟਾਉਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ।
COR ਸੰਭਾਵੀ (1.5 ਅਤੇ 1.8 VRHE; ਚਿੱਤਰ 3f, ਸੱਜੇ) 'ਤੇ ਤੀਜੇ ਪੜਾਅ (COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ) ਵਿੱਚ, Ni(OH)2-NS ਵਿੱਚ Ni ਦੀ ਸੰਯੋਜਕ ਅਵਸਥਾ ਸਿਰਫ਼ ਥੋੜ੍ਹੀ ਜਿਹੀ ਵਧੀ (+2.16 ਅਤੇ +2.40), ਜੋ ਕਿ ਪਹਿਲੇ ਪੜਾਅ (+2.49 ਅਤੇ +3.47) ਵਿੱਚ ਉਸੇ ਸੰਭਾਵੀ ਨਾਲੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਹੈ। ਇਹ ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਟੀਕੇ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, COR ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਤੌਰ 'ਤੇ Ni2+ ਦੇ Ni3+x (ਭਾਵ, Ni ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ) ਤੱਕ ਹੌਲੀ ਆਕਸੀਕਰਨ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਨਾ ਕਿ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ NiOOH ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਵਿਚਕਾਰ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮ ਦੁਆਰਾ, ਜੋ Ni ਨੂੰ ਘੱਟ-ਸੰਯੋਜਕ ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ ਛੱਡਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਅਸੀਂ ਸਿੱਟਾ ਕੱਢਦੇ ਹਾਂ ਕਿ Ni ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਵਿੱਚ RDS ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਦੇ ਉਲਟ, NiV-LDH-NS ਨੇ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ Ni ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ (>3) ਦੀ ਇੱਕ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਉੱਚ ਸੰਯੋਜਨ ਬਣਾਈ ਰੱਖੀ, ਅਤੇ ਸੰਯੋਜਨ ਉਸੇ ਸੰਭਾਵੀ (1.65 ਅਤੇ 1.8 VRHE) 'ਤੇ ਪਹਿਲੇ ਪੜਾਅ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਬਹੁਤ ਘੱਟ (0.2 ਤੋਂ ਘੱਟ) ਘਟਿਆ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ ਨੇ ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਤੌਰ 'ਤੇ Ni2+ ਦੇ Ni3+x ਤੱਕ ਆਕਸੀਕਰਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕੀਤਾ, ਜਿਸ ਨਾਲ Ni ਘਟਾਉਣ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਘਟਾਉਣ ਦੇ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮ ਨਾਲੋਂ ਤੇਜ਼ ਹੋ ਗਈ। ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਐਕਸ-ਰੇ ਸੋਖਣ ਫਾਈਨ ਸਟ੍ਰਕਚਰ (EXAFS) ਦੇ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਵਿੱਚ Ni–O (1.6 ਤੋਂ 1.4 Å) ਅਤੇ Ni–Ni(V) (2.8 ਤੋਂ 2.4 Å) ਬਾਂਡਾਂ ਦੇ ਸੰਪੂਰਨ ਪਰਿਵਰਤਨ ਦਾ ਵੀ ਖੁਲਾਸਾ ਕੀਤਾ। ਇਹ Ni(OH)2 ਪੜਾਅ ਤੋਂ NiOOH ਪੜਾਅ ਤੱਕ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੁਆਰਾ NiOOH ਪੜਾਅ ਦੇ ਰਸਾਇਣਕ ਘਟਾਓ (ਚਿੱਤਰ 3g) ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਨੋਨ ਨੇ Ni(OH)2-NS ਦੇ ਰਿਡਕਸ਼ਨ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਰੁਕਾਵਟ ਪਾਈ (ਵਧੇਰੇ ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 4 ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 24 ਵੇਖੋ)।
ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, Ni(OH)2-NS (ਚਿੱਤਰ 3h, ਸਿਖਰ) 'ਤੇ, Ni(OH)2 ਪੜਾਅ ਤੋਂ NiOOH ਪੜਾਅ ਤੱਕ ਹੌਲੀ ਕਟੌਤੀ ਕਦਮ NiOOH ਦੇ ਰਸਾਇਣਕ ਕਟੌਤੀ ਦੌਰਾਨ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਤੋਂ AA ਗਠਨ ਦੇ ਰਸਾਇਣਕ ਕਦਮ ਦੀ ਬਜਾਏ ਸਮੁੱਚੀ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ RDS ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। NiV-LDH-NS (ਚਿੱਤਰ 3h, ਹੇਠਾਂ) 'ਤੇ, V ਸੋਧ Ni2+ ਦੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਗਤੀ ਵਿਗਿਆਨ ਨੂੰ Ni3+x ਤੱਕ ਵਧਾਉਂਦੀ ਹੈ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ NiVOOH (ਰਸਾਇਣਕ ਕਟੌਤੀ ਦੁਆਰਾ ਖਪਤ ਦੀ ਬਜਾਏ) ਦੇ ਗਠਨ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਜੋ RDS ਨੂੰ ਰਸਾਇਣਕ ਪੜਾਅ ਵੱਲ ਬਦਲਦੀ ਹੈ। V ਸੋਧ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰੇਰਿਤ Ni ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਨੂੰ ਸਮਝਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਹੋਰ ਸਿਧਾਂਤਕ ਗਣਨਾਵਾਂ ਕੀਤੀਆਂ। ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 3h ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਅਸੀਂ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੀ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ ਨਕਲ ਕੀਤੀ। Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਜਾਲੀ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਲ ਸਮੂਹ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਲਾਈਟ ਵਿੱਚ OH- ਕੱਢ ਕੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਲਾਈਟ-ਘਾਟ ਵਾਲੀ ਜਾਲੀ ਆਕਸੀਜਨ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਡੀਪ੍ਰੋਟੋਨੇਟ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਸੰਬੰਧਿਤ ਰਸਾਇਣਕ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਇਸ ਪ੍ਰਕਾਰ ਹਨ:
ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਦੇ ਗਿਬਸ ਮੁਕਤ ਊਰਜਾ ਪਰਿਵਰਤਨ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਗਈ (ਚਿੱਤਰ 3i), ਅਤੇ NiV-LDH-NS (0.81 eV) ਨੇ Ni(OH)2-NS (1.66 eV) ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਗਿਬਸ ਮੁਕਤ ਊਰਜਾ ਪਰਿਵਰਤਨ ਦਿਖਾਇਆ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ ਨੇ Ni ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੀ ਵੋਲਟੇਜ ਨੂੰ ਘਟਾ ਦਿੱਤਾ। ਸਾਡਾ ਮੰਨਣਾ ਹੈ ਕਿ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਨਾਲ ਪੂਰੇ COR ਦੀ ਊਰਜਾ ਰੁਕਾਵਟ ਘੱਟ ਸਕਦੀ ਹੈ (ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਹੇਠਾਂ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਵਿਧੀ ਅਧਿਐਨ ਵੇਖੋ), ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਉਪਰੋਕਤ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ V ਸੋਧ Ni(OH)2 ਦੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਪੜਾਅ ਪੁਨਰਗਠਨ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦਰ ਅਤੇ ਬਦਲੇ ਵਿੱਚ, COR ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਵਧਦੀ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, Ni3+x ਸਾਈਟਾਂ OER ਗਤੀਵਿਧੀ ਨੂੰ ਵੀ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ। ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ LSV ਕਰਵ ਤੋਂ, ਇਹ ਸਪੱਸ਼ਟ ਹੈ ਕਿ NiV-LDH-NS ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ Ni(OH)2-NS (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 19) ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੈ, ਜਿਸ ਕਾਰਨ COR ਅਤੇ OER ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗੀ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਬਣਦੀਆਂ ਹਨ। ਇਸ ਲਈ, NiV-LDH-NS ਨਾਲੋਂ AA ਦੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਉੱਚ FE ਨੂੰ ਪੜਾਅ ਪੁਨਰਗਠਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਵਾਲੇ V ਸੋਧ ਦੁਆਰਾ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਸਮਝਾਇਆ ਨਹੀਂ ਜਾ ਸਕਦਾ।
ਇਹ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਵੀਕਾਰ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਖਾਰੀ ਮੀਡੀਆ ਵਿੱਚ, ਨਿਊਕਲੀਓਫਿਲਿਕ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਆਕਸੀਡੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲੈਂਗਮੁਇਰ-ਹਿੰਸ਼ਲਵੁੱਡ (LH) ਮਾਡਲ ਦੀ ਪਾਲਣਾ ਕਰਦੀਆਂ ਹਨ। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ OH− ਐਨੀਅਨਾਂ ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਮੁਕਾਬਲੇਬਾਜ਼ੀ ਨਾਲ ਸਹਿ-ਸੋਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਸੋਖਿਆ OH− ਨੂੰ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਲ ਸਮੂਹਾਂ (OH*) ਵਿੱਚ ਆਕਸੀਕਰਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਨਿਊਕਲੀਓਫਾਈਲਾਂ ਦੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਫਾਈਲਾਂ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਇੱਕ ਵਿਧੀ ਜੋ ਪਹਿਲਾਂ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਡੇਟਾ ਅਤੇ/ਜਾਂ ਸਿਧਾਂਤਕ ਗਣਨਾਵਾਂ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ45,46,47। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਦੀ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ (ਜੈਵਿਕ ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ OH−) ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ ਦੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਕਵਰੇਜ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ FE ਅਤੇ ਨਿਸ਼ਾਨਾ ਉਤਪਾਦ14,48,49,50 ਦੀ ਉਪਜ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਸਾਡੇ ਮਾਮਲੇ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ ਇਹ ਅਨੁਮਾਨ ਲਗਾਉਂਦੇ ਹਾਂ ਕਿ NiV-LDH-NS ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸਤਹ ਕਵਰੇਜ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦਾ ਸਮਰਥਨ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਉਲਟ, Ni(OH)2-NS ਵਿੱਚ ਘੱਟ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸਤਹ ਕਵਰੇਜ OER ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦਾ ਸਮਰਥਨ ਕਰਦੀ ਹੈ।
ਉਪਰੋਕਤ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਪਹਿਲਾਂ ਰੀਐਕਟੈਂਟਾਂ (C, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ, ਅਤੇ COH−) ਦੀ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਦੀ ਦੋ ਲੜੀ ਕੀਤੀ। ਪਹਿਲਾ ਪ੍ਰਯੋਗ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ ਇੱਕ ਸਥਿਰ ਸੰਭਾਵੀ (1.8 VRHE) 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਨਾਲ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ C ਸਮੱਗਰੀ (0.05 ~ 0.45 M) ਅਤੇ ਇੱਕ ਸਥਿਰ COH− ਸਮੱਗਰੀ (0.5 M) ਸੀ। ਫਿਰ, FE ਅਤੇ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ ਦੀ ਗਣਨਾ ਕੀਤੀ ਗਈ। NiV-LDH-NS ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਲਈ, AA ਉਪਜ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ C ਵਿਚਕਾਰ ਸਬੰਧ ਨੇ LH ਮੋਡ (ਚਿੱਤਰ 4a) ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਆਮ "ਜਵਾਲਾਮੁਖੀ ਕਿਸਮ" ਵਕਰ ਦਿਖਾਇਆ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਉੱਚ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਕਵਰੇਜ OH− ਸੋਸ਼ਣ ਨਾਲ ਮੁਕਾਬਲਾ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਕਿ Ni(OH)2-NS ਲਈ, AA ਉਪਜ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ C ਦੇ 0.05 ਤੋਂ 0.45 M ਤੱਕ ਵਾਧੇ ਨਾਲ ਇੱਕਸਾਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਵਧੀ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਹਾਲਾਂਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਥੋਕ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਉੱਚ (0.45 M) ਸੀ, ਇਸਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਕਵਰੇਜ ਅਜੇ ਵੀ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਘੱਟ ਸੀ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, COH− ਦੇ 1.5 M ਤੱਕ ਵਾਧੇ ਦੇ ਨਾਲ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ C ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ ਇੱਕ "ਜਵਾਲਾਮੁਖੀ ਕਿਸਮ" ਵਕਰ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ, ਅਤੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੇ ਇਨਫੈਕਸ਼ਨ ਬਿੰਦੂ ਵਿੱਚ NiV-LDH-NS ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਦੇਰੀ ਹੋਈ, ਜੋ ਕਿ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਕਮਜ਼ੋਰ ਸੋਸ਼ਣ ਨੂੰ ਹੋਰ ਸਾਬਤ ਕਰਦੀ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 25a ਅਤੇ ਨੋਟ 5)। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, NiV-LDH-NS 'ਤੇ AA ਦਾ FE C-ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਪ੍ਰਤੀ ਬਹੁਤ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲ ਸੀ ਅਤੇ ਜਦੋਂ C-ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਨੂੰ 0.05 M ਤੋਂ 0.3 M ਤੱਕ ਵਧਾਇਆ ਗਿਆ ਤਾਂ ਇਹ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ 80% ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੋ ਗਿਆ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਆਸਾਨੀ ਨਾਲ ਭਰਪੂਰ ਹੋ ਗਿਆ ਸੀ (ਚਿੱਤਰ 4b)। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, C-ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਵਧਾਉਣ ਨਾਲ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ OER ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਹੀਂ ਰੋਕਿਆ ਗਿਆ, ਜੋ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਨਾਕਾਫ਼ੀ ਸੋਸ਼ਣ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕੁਸ਼ਲਤਾ 'ਤੇ COH− ਦੀ ਨਿਰਭਰਤਾ ਦੀ ਹੋਰ ਜਾਂਚ ਨੇ ਇਹ ਵੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕੀਤੀ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਸੋਸ਼ਣ ਵਿੱਚ NiV-LDH-NS ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਜੋ AA ਦੇ FE ਨੂੰ ਘਟਾਏ ਬਿਨਾਂ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਉੱਚ COH− ਨੂੰ ਬਰਦਾਸ਼ਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 25b, c ਅਤੇ ਨੋਟ 5)।
0.5 M KOH ਵਿੱਚ ਵੱਖ-ਵੱਖ C ਵਾਲੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ 'ਤੇ b Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੀ AA ਅਤੇ EF ਦੀ ਉਤਪਾਦਕਤਾ। c NiOOH ਅਤੇ NiVOOH 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸੋਸ਼ਣ ਊਰਜਾ। 0.5 M KOH ਵਿੱਚ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ AA ਦਾ d FE ਅਤੇ 1.80 VRHE 'ਤੇ 0.4 M ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ। ਗਲਤੀ ਬਾਰ ਇੱਕੋ ਨਮੂਨੇ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਤਿੰਨ ਸੁਤੰਤਰ ਮਾਪਾਂ ਦੇ ਮਿਆਰੀ ਭਟਕਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ 10% ਦੇ ਅੰਦਰ ਹਨ। e ਸਿਖਰ: Ni(OH)2-NS 'ਤੇ, ਘੱਟ ਸਤਹ ਖੇਤਰ C ਵਾਲਾ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੁਆਰਾ ਕਮਜ਼ੋਰ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸੋਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ OER ਲਈ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਮੁਕਾਬਲਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਹੇਠਾਂ: NiV-LDH-NS 'ਤੇ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ C ਦੀ ਇੱਕ ਉੱਚ ਸਤਹ ਖੇਤਰ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਸੋਸ਼ਣ ਦੇ ਨਾਲ ਦੇਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ OER ਨੂੰ ਦਬਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। a–d ਲਈ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਫਾਈਲ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਸੋਸ਼ਣ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਅਸਲ ਸਮੇਂ ਵਿੱਚ ਸੋਖੀਆਂ ਗਈਆਂ ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਦੇ ਪੁੰਜ ਬਦਲਾਅ ਦੀ ਨਿਗਰਾਨੀ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਕਪਲਡ ਕੁਆਰਟਜ਼ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਮਾਈਕ੍ਰੋਬੈਲੈਂਸ (E-QCM) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਸੋਸ਼ਣ ਸਮਰੱਥਾ OCP ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ Ni(OH)2-NS ਨਾਲੋਂ 1.6 ਗੁਣਾ ਵੱਡੀ ਸੀ, ਅਤੇ ਸੋਸ਼ਣ ਸਮਰੱਥਾ ਵਿੱਚ ਇਹ ਅੰਤਰ ਹੋਰ ਵੀ ਵਧਿਆ ਕਿਉਂਕਿ ਸੰਭਾਵੀ 1.5 VRHE ਤੱਕ ਵਧ ਗਈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 26)। NiOOH ਅਤੇ NiVOOH (ਚਿੱਤਰ 4c) 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਸੋਸ਼ਣ ਵਿਵਹਾਰ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ ਸਪਿਨ-ਪੋਲਰਾਈਜ਼ਡ DFT ਗਣਨਾਵਾਂ ਕੀਤੀਆਂ ਗਈਆਂ ਸਨ। ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ NiOOH 'ਤੇ Ni-ਸੈਂਟਰ 'ਤੇ -0.57 eV ਦੀ ਸੋਖਣ ਊਰਜਾ (Eads) ਨਾਲ ਸੋਖਦਾ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ NiVOOH 'ਤੇ Ni-ਸੈਂਟਰ ਜਾਂ V-ਸੈਂਟਰ 'ਤੇ ਸੋਖ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ V-ਸੈਂਟਰ ਬਹੁਤ ਘੱਟ Eads (-0.69 eV) ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ NiVOOH 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਦੇਖੇ ਗਏ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਸੋਖਣ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ।
ਇਹ ਹੋਰ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦਾ ਵਧਿਆ ਹੋਇਆ ਸੋਸ਼ਣ AA ਗਠਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ OER ਨੂੰ ਰੋਕ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਅਸੀਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ (Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਲਈ) 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਨੂੰ ਅਮੀਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਡਿਸਕੰਟੀਨਿਊਸ ਸੰਭਾਵੀ ਰਣਨੀਤੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ, ਜੋ ਕਿ ਪਿਛਲੀਆਂ ਰਿਪੋਰਟਾਂ ਤੋਂ ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਸੀ। 51, 52 ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਅਸੀਂ COR 'ਤੇ 1.8 VRHE ਦੀ ਸਮਰੱਥਾ ਲਾਗੂ ਕੀਤੀ, ਫਿਰ ਇਸਨੂੰ OCP ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ ਬਦਲਿਆ, ਅਤੇ ਫਿਰ ਇਸਨੂੰ ਵਾਪਸ 1.8 VRHE ਵਿੱਚ ਬਦਲਿਆ। ਇਸ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਇਸਿਸ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ OCP ਅਵਸਥਾ ਵਿੱਚ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਇਕੱਠਾ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ (ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਲਈ ਵਿਧੀਆਂ ਭਾਗ ਵੇਖੋ)। ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਲਈ, ਡਿਸਕੰਟੀਨਿਊਸ ਸੰਭਾਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਨਾਲ ਸਥਿਰ ਸੰਭਾਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ (ਚਿੱਤਰ 4d) ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਹੋਇਆ। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, Ni(OH)2-NS ਨੇ NiV-LDH-NS ਨਾਲੋਂ COR (AA FE: 51% ਤੋਂ 82% ਤੱਕ) ਅਤੇ OER (O2 FE: 27% ਤੋਂ 4% ਤੱਕ) ਦੇ ਦਮਨ ਵਿੱਚ ਵਧੇਰੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਦਿਖਾਇਆ, ਜਿਸਦਾ ਕਾਰਨ ਇਸ ਤੱਥ ਨੂੰ ਮੰਨਿਆ ਗਿਆ ਸੀ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਇਕੱਠਾ ਕਰਨ ਨੂੰ ਕਮਜ਼ੋਰ ਸੋਖਣ ਸਮਰੱਥਾ (ਭਾਵ, Ni(OH)2-NS) ਵਾਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ 'ਤੇ ਰੁਕ-ਰੁਕ ਕੇ ਸੰਭਾਵੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੁਆਰਾ ਵਧੇਰੇ ਹੱਦ ਤੱਕ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, NiV-LDH-NS 'ਤੇ OER ਦੀ ਰੋਕਥਾਮ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਵਧੇ ਹੋਏ ਸੋਸ਼ਣ (ਚਿੱਤਰ 4e) ਨੂੰ ਮੰਨਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। Ni(OH)2-NS (ਚਿੱਤਰ 4e, ਸਿਖਰ) 'ਤੇ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਕਮਜ਼ੋਰ ਸੋਸ਼ਣ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਕਵਰੇਜ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਘੱਟ ਅਤੇ OH* ਕਵਰੇਜ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਉੱਚ ਹੋਈ। ਇਸ ਲਈ, ਵਾਧੂ OH* ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ OER ਲਈ ਸਖ਼ਤ ਮੁਕਾਬਲੇ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਣਗੀਆਂ ਅਤੇ AA ਦੇ FE ਨੂੰ ਘਟਾ ਦੇਣਗੀਆਂ। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, NiV-LDH-NS (ਚਿੱਤਰ 4e, ਹੇਠਾਂ) 'ਤੇ, V ਸੋਧ ਨੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸੋਸ਼ਣ ਸਮਰੱਥਾ ਨੂੰ ਵਧਾਇਆ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਸਤਹ C ਵਧ ਗਈ ਅਤੇ COR ਲਈ ਸੋਸ਼ਣ ਕੀਤੇ OH* ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਦੀ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ, AA ਗਠਨ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਅਤੇ OER ਨੂੰ ਰੋਕਿਆ ਗਿਆ।
Ni ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਦੇ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸੋਸ਼ਣ 'ਤੇ V ਸੋਧ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਅਸੀਂ ਇਹ ਵੀ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ ਕਿ ਕੀ V COR ਤੋਂ AA ਗਠਨ ਮਾਰਗ ਨੂੰ ਬਦਲਦਾ ਹੈ। ਸਾਹਿਤ ਵਿੱਚ ਕਈ ਵੱਖ-ਵੱਖ COR ਮਾਰਗ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ, ਅਤੇ ਅਸੀਂ ਆਪਣੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਣਾਲੀ ਵਿੱਚ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀਆਂ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਹੈ (ਵਧੇਰੇ ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 27 ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 6 ਵੇਖੋ)13,14,26। ਪਹਿਲਾਂ, ਇਹ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ ਕਿ COR ਮਾਰਗ ਦੇ ਪਹਿਲੇ ਪੜਾਅ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਵਿਚਕਾਰਲੇ 2-ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ (2)13,14 ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦਾ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਆਕਸੀਕਰਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ ਪੁਸ਼ਟੀ ਕਰਨ ਲਈ, ਅਸੀਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸੋਖੇ ਗਏ ਸਰਗਰਮ ਵਿਚਕਾਰਲੇ ਤੱਤਾਂ ਨੂੰ ਫਸਾਉਣ ਲਈ 5,5-ਡਾਈਮੇਥਾਈਲ-1-ਪਾਈਰੋਲੀਡੀਨ N-ਆਕਸਾਈਡ (DMPO) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਅਤੇ EPR ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ। EPR ਦੇ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਦੋਵਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ C-ਕੇਂਦਰਿਤ ਰੈਡੀਕਲ (R ) ਅਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਲ ਰੈਡੀਕਲ (OH ) ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਦਾ ਖੁਲਾਸਾ ਕੀਤਾ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦਾ Cα − H ਡੀਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨੇਸ਼ਨ ਇੱਕ ਵਿਚਕਾਰਲਾ ਐਨੋਲੇਟ ਰੈਡੀਕਲ (1) ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਫਿਰ OH* ਦੁਆਰਾ 2 ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਹੋਰ ਆਕਸੀਕਰਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 5a ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 28)। ਹਾਲਾਂਕਿ ਦੋਵੇਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਵਿਚਕਾਰਲੇ ਦੀ ਪਛਾਣ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, NiV-LDH-NS 'ਤੇ R ਸਿਗਨਲ ਦਾ ਖੇਤਰਫਲ Ni(OH)2-NS ਨਾਲੋਂ ਮੁਕਾਬਲਤਨ ਵੱਧ ਸੀ, ਜੋ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਵਧੀ ਹੋਈ ਸੋਖਣ ਸਮਰੱਥਾ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 3 ਅਤੇ ਨੋਟ 7)। ਅਸੀਂ ਅੱਗੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਲਈ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਕਾਰਾਂ ਵਜੋਂ 2 ਅਤੇ 1,2-ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੇਡੀਓਨ (3) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਤਾਂ ਜੋ ਇਹ ਜਾਂਚਿਆ ਜਾ ਸਕੇ ਕਿ ਕੀ V ਬਾਅਦ ਦੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਪੜਾਅ ਨੂੰ ਸੋਧੇਗਾ। Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਸੰਭਾਵੀ ਇੰਟਰਮੀਡੀਏਟਸ (2 ਅਤੇ 3) ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਤੁਲਨਾਤਮਕ ਉਤਪਾਦ ਚੋਣਵਾਂ ਦਿਖਾਈਆਂ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦੀਆਂ ਹਨ ਕਿ Ni(OH)2-NS ਜਾਂ NiV-LDH-NS 'ਤੇ COR ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਮਾਰਗਾਂ ਰਾਹੀਂ ਅੱਗੇ ਵਧੀ (ਚਿੱਤਰ 5b)। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, AA ਸਿਰਫ਼ ਉਦੋਂ ਹੀ ਮੁੱਖ ਉਤਪਾਦ ਸੀ ਜਦੋਂ 2 ਨੂੰ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਜੋ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ AA ਨੂੰ ਦੋਵਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ 3 ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਦੇ ਆਕਸੀਕਰਨ ਦੀ ਬਜਾਏ 2 ਦੇ Cα − Cβ ਬਾਂਡ ਦੇ ਕਲੀਵੇਜ ਰਾਹੀਂ ਸਿੱਧੀ ਆਕਸੀਕਰਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਰਾਹੀਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ, ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ GA ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਗਿਆ ਸੀ ਜਦੋਂ 3 ਨੂੰ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 29, 30)।
0.5 M KOH + 0.4 M ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਵਿੱਚ NiV-LDH-NS ਦਾ EPR ਸਿਗਨਲ। b 2-ਹਾਈਡ੍ਰੋਕਸਾਈਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ (2) ਅਤੇ 1,2-ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੇਡੀਓਨ (3) ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਦੇ ਨਤੀਜੇ। 0.5 M KOH ਅਤੇ 0.1 M 2 ਜਾਂ 3 ਵਿੱਚ 1.8 VRE 'ਤੇ ਇੱਕ ਘੰਟੇ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਗਲਤੀ ਬਾਰ ਇੱਕੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਦੋ ਸੁਤੰਤਰ ਮਾਪਾਂ ਦੇ ਮਿਆਰੀ ਭਟਕਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ। c ਦੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ COR ਦੇ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮਾਰਗ। d Ni(OH)2-NS (ਖੱਬੇ) ਅਤੇ d NiV-LDH-NS (ਸੱਜੇ) 'ਤੇ COR ਮਾਰਗ ਦਾ ਯੋਜਨਾਬੱਧ ਚਿੱਤਰ। ਲਾਲ ਤੀਰ ਉਹਨਾਂ ਕਦਮਾਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੂੰ V ਸੋਧ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਵਿੱਚ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਦੀ ਹੈ। a ਅਤੇ b ਲਈ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਫਾਈਲ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਅਸੀਂ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਇੱਕ ਸਮਾਨ ਮਾਰਗ ਰਾਹੀਂ COR ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕਰਦੇ ਹਨ: ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸੋਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਡੀਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨੇਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ 1 ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਗੁਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਫਿਰ OH* ਦੁਆਰਾ 2 ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਆਕਸੀਕਰਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ AA ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਮਲਟੀਸਟੈਪ ਪਰਿਵਰਤਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ (ਚਿੱਤਰ 5c)। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਜਦੋਂ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਨੂੰ ਇੱਕ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਕਰਤਾ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਤਾਂ OER ਮੁਕਾਬਲਾ ਸਿਰਫ Ni(OH)2-NS 'ਤੇ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਆਕਸੀਜਨ ਦੀ ਸਭ ਤੋਂ ਘੱਟ ਮਾਤਰਾ ਇਕੱਠੀ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ ਜਦੋਂ 2 ਅਤੇ 3 ਨੂੰ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਕਰਤਾ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਦੇਖੇ ਗਏ ਅੰਤਰ RDS ਊਰਜਾ ਰੁਕਾਵਟ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸੋਸ਼ਣ ਸਮਰੱਥਾ ਵਿੱਚ ਬਦਲਾਅ ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ ਜੋ V ਸੋਧ ਕਾਰਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਨਾ ਕਿ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮਾਰਗ ਵਿੱਚ ਬਦਲਾਅ। ਇਸ ਲਈ ਅਸੀਂ ਦੋਵਾਂ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ 'ਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮਾਰਗਾਂ ਦੇ RDS ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ। ਉੱਪਰ ਦੱਸੇ ਗਏ ਇਨ-ਸੀਟੂ ਐਕਸ-ਰੇ ਐਕੋਸਟਿਕ ਸਪੈਕਟ੍ਰੋਸਕੋਪੀ ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ V ਸੋਧ COR ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਵਿੱਚ RDS ਨੂੰ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਪੜਾਅ ਤੋਂ ਰਸਾਇਣਕ ਪੜਾਅ ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਦਿੰਦੀ ਹੈ, NiOOH ਪੜਾਅ ਅਤੇ ਉੱਚ-ਵੈਲੇਨਟ Ni ਪ੍ਰਜਾਤੀਆਂ ਨੂੰ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਬਰਕਰਾਰ ਰੱਖਦੀ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 3f, ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 24, ਅਤੇ ਨੋਟ 4)। ਅਸੀਂ CV ਮਾਪ ਦੌਰਾਨ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੰਭਾਵੀ ਖੇਤਰਾਂ ਦੇ ਹਰੇਕ ਹਿੱਸੇ ਵਿੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਈਆਂ ਗਈਆਂ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦਾ ਹੋਰ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ (ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 31 ਅਤੇ ਨੋਟ 8 ਵੇਖੋ) ਅਤੇ H/D ਗਤੀਸ਼ੀਲ ਆਈਸੋਟੋਪ ਐਕਸਚੇਂਜ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤੇ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਸਮੂਹਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ NiV-LDH-NS 'ਤੇ COR ਦੇ RDS ਵਿੱਚ ਕਟੌਤੀ ਪੜਾਅ ਦੀ ਬਜਾਏ ਰਸਾਇਣਕ ਪੜਾਅ ਵਿੱਚ Cα − H ਬਾਂਡ ਦੀ ਕਲੀਵੇਜ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ (ਵਧੇਰੇ ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 32 ਅਤੇ ਨੋਟ 8 ਵੇਖੋ)।
ਉਪਰੋਕਤ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, V ਸੋਧ ਦਾ ਸਮੁੱਚਾ ਪ੍ਰਭਾਵ ਚਿੱਤਰ 5d ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਉੱਚ ਐਨੋਡਿਕ ਸੰਭਾਵੀ 'ਤੇ ਸਤ੍ਹਾ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਕਰਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਇੱਕ ਸਮਾਨ ਮਾਰਗ ਰਾਹੀਂ COR ਨੂੰ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕਰਦੇ ਹਨ। Ni(OH)2-NS (ਚਿੱਤਰ 5d, ਖੱਬੇ) 'ਤੇ, ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਕਦਮ COR ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ RDS ਹੈ; ਜਦੋਂ ਕਿ NiV-LDH-NS (ਚਿੱਤਰ 5d, ਸੱਜੇ) 'ਤੇ, V ਸੋਧ ਨੇ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਤੇਜ਼ ਕੀਤਾ ਅਤੇ RDS ਨੂੰ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ Cα−H ਡੀਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨੇਸ਼ਨ ਵਿੱਚ 1 ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਦਿੱਤਾ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਸੋਸ਼ਣ V ਸਾਈਟ 'ਤੇ ਹੋਇਆ ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ ਵਧਾਇਆ ਗਿਆ, ਜਿਸਨੇ OER ਦੇ ਦਮਨ ਵਿੱਚ ਯੋਗਦਾਨ ਪਾਇਆ।
ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ ਉੱਤੇ ਉੱਚ FE ਦੇ ਨਾਲ NiV-LDH-NS ਦੇ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਧਿਆਨ ਵਿੱਚ ਰੱਖਦੇ ਹੋਏ, ਅਸੀਂ AA ਦੇ ਨਿਰੰਤਰ ਉਤਪਾਦਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ MEA ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਕੀਤਾ। MEA ਨੂੰ NiV-LDH-NS ਨੂੰ ਐਨੋਡ ਵਜੋਂ, ਵਪਾਰਕ PtRu/C ਨੂੰ ਕੈਥੋਡ ਵਜੋਂ 53 ਅਤੇ ਇੱਕ ਐਨੀਅਨ ਐਕਸਚੇਂਜ ਝਿੱਲੀ (ਕਿਸਮ: FAA-3-50) (ਚਿੱਤਰ 6a ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 33) 54 ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਇਕੱਠਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਕਿਉਂਕਿ ਉਪਰੋਕਤ ਅਧਿਐਨ ਵਿੱਚ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਘਟਿਆ ਅਤੇ AA ਦਾ FE 0.5 M KOH ਨਾਲ ਤੁਲਨਾਯੋਗ ਸੀ, ਇਸ ਲਈ ਐਨੋਲਾਈਟ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਨੂੰ 1 M KOH (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 25c) ਤੱਕ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਦਰਜ ਕੀਤੇ LSV ਕਰਵ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 34 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਏ ਗਏ ਹਨ, ਜੋ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ NiV-LDH-NS ਦੀ COR ਕੁਸ਼ਲਤਾ Ni(OH)2-NS ਨਾਲੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ। NiV-LDH-NS ਦੀ ਉੱਤਮਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਣ ਲਈ, 50 ਤੋਂ 500 mA cm−2 ਤੱਕ ਦੇ ਸਟੈਪ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ ਨਾਲ ਸਥਿਰ ਕਰੰਟ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਅਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਰਿਕਾਰਡ ਕੀਤਾ ਗਿਆ। ਨਤੀਜਿਆਂ ਨੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ NiV-LDH-NS ਨੇ 300 mA cm−2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ 1.76 V ਦਾ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ, ਜੋ ਕਿ Ni(OH)2-NS (2.09 V) ਨਾਲੋਂ ਲਗਭਗ 16% ਘੱਟ ਸੀ, ਜੋ ਕਿ AA ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਇਸਦੀ ਉੱਚ ਊਰਜਾ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 6b)।
ਫਲੋ ਬੈਟਰੀ ਦਾ ਯੋਜਨਾਬੱਧ ਚਿੱਤਰ। b ਵੱਖ-ਵੱਖ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾਵਾਂ 'ਤੇ 1 M KOH ਅਤੇ 0.4 M ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਵਿੱਚ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ iR ਮੁਆਵਜ਼ੇ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ। c ਵੱਖ-ਵੱਖ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾਵਾਂ 'ਤੇ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ AA ਅਤੇ FE ਉਪਜ। ਗਲਤੀ ਬਾਰ ਇੱਕੋ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਦੋ ਸੁਤੰਤਰ ਮਾਪਾਂ ਦੇ ਮਿਆਰੀ ਭਟਕਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ। d ਹੋਰ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਬੈਟਰੀ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਨਾਲ ਸਾਡੇ ਕੰਮ ਦੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੀ ਤੁਲਨਾ 14,17,19। ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਮਾਪਦੰਡ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 2 ਵਿੱਚ ਵਿਸਥਾਰ ਵਿੱਚ ਸੂਚੀਬੱਧ ਹਨ। e ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਟੈਸਟ ਵਿੱਚ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 200 ਅਤੇ 300 mA cm−2 'ਤੇ NiV-LDH-NS 'ਤੇ AA ਦਾ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਅਤੇ FE। be ਲਈ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਇੱਕ ਕੱਚਾ ਡੇਟਾ ਫਾਈਲ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
ਇਸ ਦੌਰਾਨ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 6c ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, NiV-LDH-NS ਨੇ ਮੂਲ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (200 ਤੋਂ 500 mA cm-2) 'ਤੇ ਚੰਗਾ FE (83% ਤੋਂ 61%) ਬਣਾਈ ਰੱਖਿਆ, ਜਿਸ ਨਾਲ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ (1031 ਤੋਂ 1900 μmol cm-2 h-1) ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਹੋਇਆ। ਇਸ ਦੌਰਾਨ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਕੈਥੋਡ ਡੱਬੇ ਵਿੱਚ ਸਿਰਫ 0.8% ਐਡੀਪਿਕ ਐਸਿਡ ਐਨੀਅਨ ਦੇਖੇ ਗਏ, ਜੋ ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਸਾਡੇ ਮਾਮਲੇ ਵਿੱਚ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਪਰਿਵਰਤਨ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਨਹੀਂ ਸੀ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 35)। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੀ ਉਸੇ ਵਾਧੇ ਦੀ ਦਰ ਦੇ ਨਾਲ, Ni(OH)2-NS 'ਤੇ AA ਦਾ FE 61% ਤੋਂ ਘੱਟ ਕੇ 34% ਹੋ ਗਿਆ, ਜਿਸ ਨਾਲ AA ਉਤਪਾਦਕਤਾ (762 ਤੋਂ 1050 μmol cm-2 h-1) ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੋ ਗਿਆ। ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ, OER ਤੋਂ ਸਖ਼ਤ ਮੁਕਾਬਲੇ ਕਾਰਨ AA ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਥੋੜ੍ਹੀ ਜਿਹੀ ਵੀ ਘੱਟ ਗਈ, ਅਤੇ ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੇ ਵਾਧੇ ਨਾਲ AA ਦਾ FE ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਘਟ ਗਿਆ (200 ਤੋਂ 250 mA cm−2, ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 5)। ਸਾਡੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਗਿਆਨ ਅਨੁਸਾਰ, NiV-LDH-NS ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਨਾਲ MEA ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਨਤੀਜੇ Ni-ਅਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ (ਪੂਰਕ ਸਾਰਣੀ 2) ਵਾਲੇ ਪਹਿਲਾਂ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੇ ਪ੍ਰਵਾਹ ਰਿਐਕਟਰਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਤੋਂ ਕਾਫ਼ੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ 6d ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, NiV-LDH-NS ਨੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਸਹਿ-ਅਧਾਰਿਤ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ, ਭਾਵ, ਗ੍ਰਾਫੀਨ-ਸਮਰਥਿਤ Co3O4 (Co3O4/GDY)17 ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ, ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ, ਅਤੇ AA ਦੇ FE ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਫਾਇਦੇ ਦਿਖਾਏ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਅਸੀਂ AA ਉਤਪਾਦਨ ਦੀ ਊਰਜਾ ਖਪਤ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਦਿਖਾਇਆ ਕਿ AA ਦੀ ਖਪਤ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਸੀ, 300 mA cm-2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਅਤੇ 1.76 V ਦੀ ਇੱਕ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ 'ਤੇ ਸਿਰਫ 2.4 Wh gAA-1 (ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਗਣਨਾਵਾਂ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 1 ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤੀਆਂ ਗਈਆਂ ਹਨ)। ਪਹਿਲਾਂ ਦੱਸੇ ਗਏ Co3O4/GDY ਲਈ 4.1 Wh gAA-1 ਦੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਨਤੀਜੇ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਸਾਡੇ ਕੰਮ ਵਿੱਚ AA ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਪਤ 42% ਘਟੀ ਅਤੇ ਉਤਪਾਦਕਤਾ 4 ਗੁਣਾ ਵਧ ਗਈ (1536 ਬਨਾਮ 319 μmol cm-2 h-1)17।
MEA ਵਿੱਚ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੇ AA ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ NiV-LDH-NS ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕ੍ਰਮਵਾਰ 200 ਅਤੇ 300 mA cm-2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ (ਚਿੱਤਰ 6e)। ਕਿਉਂਕਿ OH− ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਖਪਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, 300 mA cm-2 'ਤੇ ਇਲੈਕਟੋਲਾਈਟ ਨਵੀਨੀਕਰਨ ਦਰ 200 mA cm-2 ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੈ (ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਉਪਭਾਗ "ਇਲੈਕਟਰੋਕੈਮੀਕਲ ਮਾਪ" ਵੇਖੋ)। 200 mA cm-2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ, ਪਹਿਲੇ 6 ਘੰਟਿਆਂ ਵਿੱਚ ਔਸਤ COR ਕੁਸ਼ਲਤਾ 93% ਸੀ, ਫਿਰ 60 ਘੰਟਿਆਂ ਬਾਅਦ ਥੋੜ੍ਹੀ ਘੱਟ ਕੇ 81% ਹੋ ਗਈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ 7% (1.62 V ਤੋਂ 1.73 V ਤੱਕ) ਥੋੜ੍ਹਾ ਵਧਿਆ, ਜੋ ਕਿ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 300 mA cm−2 ਤੱਕ ਵਧਣ ਦੇ ਨਾਲ, AA ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਲਗਭਗ ਬਦਲੀ ਨਹੀਂ ਰਹੀ (85% ਤੋਂ ਘਟ ਕੇ 72% ਹੋ ਗਈ), ਪਰ 46-ਘੰਟੇ ਦੇ ਟੈਸਟ ਦੌਰਾਨ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਵਾਧਾ ਹੋਇਆ (1.71 ਤੋਂ 2.09 V ਤੱਕ, 22% ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ)। ਅਸੀਂ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾਉਂਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਗਿਰਾਵਟ ਦਾ ਮੁੱਖ ਕਾਰਨ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੁਆਰਾ ਐਨੀਅਨ ਐਕਸਚੇਂਜ ਝਿੱਲੀ (AEM) ਦਾ ਖੋਰ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਸੈੱਲ ਦੇ ਸੈੱਲ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ ਅਤੇ ਵੋਲਟੇਜ ਵਿੱਚ ਵਾਧਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 36), ਐਨੋਡ ਤੋਂ ਕੈਥੋਡ ਤੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਦਾ ਥੋੜ੍ਹਾ ਜਿਹਾ ਲੀਕ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਐਨੋਲਾਈਟ ਵਾਲੀਅਮ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਆਉਂਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਨੂੰ ਰੋਕਣ ਦੀ ਜ਼ਰੂਰਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, AA ਦੇ FE ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕਾਂ ਦੇ ਲੀਚਿੰਗ ਕਾਰਨ ਵੀ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜੋ OER ਲਈ Ni ਫੋਮ ਦੇ ਖੁੱਲਣ ਦਾ ਸਮਰਥਨ ਕਰਦਾ ਹੈ। 300 mA cm−2 'ਤੇ ਸਥਿਰਤਾ ਦੇ ਡਿਗ੍ਰੇਡੇਸ਼ਨ 'ਤੇ ਖਰਾਬ AEM ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਣ ਲਈ, ਅਸੀਂ 46 ਘੰਟਿਆਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਤੋਂ ਬਾਅਦ ਇਸਨੂੰ ਇੱਕ ਨਵੇਂ AEM ਨਾਲ ਬਦਲ ਦਿੱਤਾ। ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਉਮੀਦ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਸਪੱਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ ਬਹਾਲ ਹੋ ਗਈ ਸੀ, ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਮੁੱਲ (2.09 ਤੋਂ 1.71 V ਤੱਕ) ਤੱਕ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ ਫਿਰ ਅਗਲੇ 12 ਘੰਟਿਆਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੌਰਾਨ ਥੋੜ੍ਹਾ ਜਿਹਾ ਵਧਿਆ ਸੀ (1.71 ਤੋਂ 1.79 V ਤੱਕ, 5% ਦਾ ਵਾਧਾ; ਚਿੱਤਰ 6e)।
ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਅਸੀਂ 200 mA cm−2 ਦੀ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ 60 ਘੰਟੇ ਨਿਰੰਤਰ AA ਉਤਪਾਦਨ ਸਥਿਰਤਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਦੇ ਯੋਗ ਸੀ, ਜੋ ਇਹ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ AA ਦਾ FE ਅਤੇ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ ਚੰਗੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਬਣਾਈ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਅਸੀਂ 300 mA cm−2 ਦੀ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੀ ਵੀ ਕੋਸ਼ਿਸ਼ ਕੀਤੀ ਅਤੇ 58 ਘੰਟੇ ਦੀ ਸਮੁੱਚੀ ਸਥਿਰਤਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ, 46 ਘੰਟਿਆਂ ਬਾਅਦ AEM ਨੂੰ ਇੱਕ ਨਵੇਂ ਨਾਲ ਬਦਲਿਆ। ਉਪਰੋਕਤ ਅਧਿਐਨ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਉਦਯੋਗਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਆਦਰਸ਼ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਨਿਰੰਤਰ AA ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ MEA ਦੀ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਉੱਚ-ਸ਼ਕਤੀ ਵਾਲੇ AEM ਦੇ ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦੀ ਜ਼ਰੂਰਤ ਨੂੰ ਸਪਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ।
ਸਾਡੇ MEA ਦੇ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, ਅਸੀਂ ਇੱਕ ਸੰਪੂਰਨ AA ਉਤਪਾਦਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦਾ ਪ੍ਰਸਤਾਵ ਰੱਖਿਆ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸਬਸਟਰੇਟ ਫੀਡਿੰਗ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ, ਨਿਊਟਰਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ, ਅਤੇ ਵੱਖ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਇਕਾਈਆਂ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ (ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 37)। ਇੱਕ ਅਲਕਲੀਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਟਾਲਿਟਿਕ ਕਾਰਬੋਕਸਾਈਲੇਟ ਉਤਪਾਦਨ ਮਾਡਲ 55 ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਸਿਸਟਮ ਦੀ ਆਰਥਿਕ ਸੰਭਾਵਨਾ ਦਾ ਮੁਲਾਂਕਣ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਸ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ, ਲਾਗਤਾਂ ਵਿੱਚ ਪੂੰਜੀ, ਸੰਚਾਲਨ ਅਤੇ ਸਮੱਗਰੀ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ (ਚਿੱਤਰ 7a ਅਤੇ ਪੂਰਕ ਚਿੱਤਰ 38), ਅਤੇ ਆਮਦਨ AA ਅਤੇ H2 ਉਤਪਾਦਨ ਤੋਂ ਆਉਂਦੀ ਹੈ। TEA ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਸਾਡੀਆਂ ਓਪਰੇਟਿੰਗ ਸਥਿਤੀਆਂ (ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 300 mA cm-2, ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ 1.76 V, FE 82%) ਦੇ ਤਹਿਤ, ਕੁੱਲ ਲਾਗਤਾਂ ਅਤੇ ਆਮਦਨ ਕ੍ਰਮਵਾਰ US$2429 ਅਤੇ US$2564 ਹਨ, ਜੋ ਕਿ ਪ੍ਰਤੀ ਟਨ AA ਪੈਦਾ ਕੀਤੇ ਗਏ US$135 ਦੇ ਸ਼ੁੱਧ ਲਾਭ ਵਿੱਚ ਅਨੁਵਾਦ ਕਰਦੇ ਹਨ (ਵੇਰਵਿਆਂ ਲਈ ਪੂਰਕ ਨੋਟ 9 ਵੇਖੋ)।
a ਬੇਸ ਕੇਸ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਦੇ ਤਹਿਤ AA ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਕੈਮੀਕਲ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ ਕੁੱਲ ਲਾਗਤ FE 82%, ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 300 mA cm−2, ਅਤੇ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ 1.76 V ਦੇ ਨਾਲ। b FE ਅਤੇ c ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਲਈ ਤਿੰਨ ਲਾਗਤਾਂ ਦਾ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲਤਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ। ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲਤਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਵਿੱਚ, ਸਿਰਫ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤੇ ਗਏ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਨੂੰ ਵੱਖਰਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਅਤੇ TEA ਮਾਡਲ ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ ਹੋਰ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਨੂੰ ਸਥਿਰ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। d AA ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਸਿੰਥੇਸਿਸ ਦੇ ਲਾਭ ਅਤੇ Ni(OH)2-NS ਅਤੇ NiV-LDH-NS ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਲਾਭ 'ਤੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ FE ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ, ਇਹ ਮੰਨ ਕੇ ਕਿ ਸੈੱਲ ਵੋਲਟੇਜ 1.76 V 'ਤੇ ਸਥਿਰ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। a–d ਲਈ ਇਨਪੁਟ ਡੇਟਾ ਕੱਚੇ ਡੇਟਾ ਫਾਈਲ ਵਿੱਚ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਹੈ।
ਇਸ ਆਧਾਰ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, ਅਸੀਂ AA ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਸਿੰਥੇਸਿਸ ਦੀ ਮੁਨਾਫ਼ਾਯੋਗਤਾ 'ਤੇ FE ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੀ ਹੋਰ ਜਾਂਚ ਕੀਤੀ। ਅਸੀਂ ਪਾਇਆ ਕਿ ਮੁਨਾਫ਼ਾ AA ਦੇ FE ਪ੍ਰਤੀ ਬਹੁਤ ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲ ਹੈ, ਕਿਉਂਕਿ FE ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਨਾਲ ਸੰਚਾਲਨ ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਵਾਧਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਸਮੁੱਚੀ ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਵਾਧਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 7b)। ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੇ ਸੰਬੰਧ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਉੱਚ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (>200 mA cm-2) ਪੂੰਜੀ ਲਾਗਤ ਅਤੇ ਪਲਾਂਟ ਨਿਰਮਾਣ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਘੱਟ ਕਰਕੇ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਲਾਭ ਵਿੱਚ ਵਾਧੇ ਵਿੱਚ ਯੋਗਦਾਨ ਪਾਉਂਦੀ ਹੈ (ਚਿੱਤਰ 7c)। ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, FE ਦਾ ਮੁਨਾਫ਼ੇ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਪ੍ਰਭਾਵ ਪੈਂਦਾ ਹੈ। ਮੁਨਾਫ਼ੇ 'ਤੇ FE ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹੋਏ, ਅਸੀਂ ਮੁਨਾਫ਼ਾ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਉਦਯੋਗਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ (>200 mA cm-2) 'ਤੇ ਉੱਚ FE (>60%) ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਨੂੰ ਸਪੱਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦੇਖਦੇ ਹਾਂ। AA ਦੇ ਉੱਚ FE ਮੁੱਲ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਵਜੋਂ NiV-LDH-NS ਵਾਲਾ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਣਾਲੀ 100–500 mA cm−2 (ਪੈਂਟਾਗ੍ਰਾਮ ਬਿੰਦੀਆਂ; ਚਿੱਤਰ 7d) ਦੀ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ ਅਨੁਕੂਲ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, Ni(OH)2-NS ਲਈ, ਉੱਚ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ (>200 mA cm−2) 'ਤੇ FE ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕੂਲ ਨਤੀਜੇ ਨਿਕਲੇ (ਚੱਕਰ; ਚਿੱਤਰ 7d), ਉੱਚ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਉੱਚ FE ਵਾਲੇ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਨੂੰ ਉਜਾਗਰ ਕਰਦੇ ਹਨ।
ਪੂੰਜੀ ਅਤੇ ਸੰਚਾਲਨ ਲਾਗਤਾਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਵਿੱਚ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਸਾਡਾ TEA ਮੁਲਾਂਕਣ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਮੁਨਾਫੇ ਨੂੰ ਦੋ ਤਰੀਕਿਆਂ ਨਾਲ ਹੋਰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਪਹਿਲਾ ਪੋਟਾਸ਼ੀਅਮ ਸਲਫੇਟ (K2SO4) ਨੂੰ ਨਿਊਟ੍ਰਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਯੂਨਿਟ ਦੇ ਉਪ-ਉਤਪਾਦ ਵਜੋਂ ਮਾਰਕੀਟ ਵਿੱਚ ਸਹਿ-ਵੇਚਣਾ ਹੈ, ਪਰ US$828/t AA-1 (ਪੂਰਕ ਨੋਟ 9) ਦੇ ਸੰਭਾਵੀ ਮਾਲੀਏ ਦੇ ਨਾਲ। ਦੂਜਾ ਪ੍ਰੋਸੈਸਿੰਗ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਉਣਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਸਮੱਗਰੀ ਰੀਸਾਈਕਲਿੰਗ ਜਾਂ ਵਧੇਰੇ ਲਾਗਤ-ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ AA ਵੱਖ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ (ਨਿਊਟ੍ਰਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਅਤੇ ਵੱਖ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਇਕਾਈਆਂ ਦੇ ਵਿਕਲਪ) ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਸ਼ਾਮਲ ਹੈ। ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਐਸਿਡ-ਬੇਸ ਨਿਊਟ੍ਰਲਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਉੱਚ ਸਮੱਗਰੀ ਲਾਗਤਾਂ ਹੋ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ (ਜੋ ਕਿ 85.3% 'ਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਡਾ ਹਿੱਸਾ ਹੈ), ਜਿਸ ਵਿੱਚੋਂ 94% ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਅਤੇ KOH ($2069/t AA-1; ਚਿੱਤਰ 7a) ਦੇ ਕਾਰਨ ਹੈ, ਪਰ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਉੱਪਰ ਦੱਸਿਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਅਜੇ ਵੀ ਸਮੁੱਚੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲਾਭਦਾਇਕ ਹੈ। ਸਾਡਾ ਸੁਝਾਅ ਹੈ ਕਿ KOH ਅਤੇ ਅਣ-ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕੀਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੀ ਰਿਕਵਰੀ ਲਈ ਵਧੇਰੇ ਉੱਨਤ ਤਰੀਕਿਆਂ ਦੁਆਰਾ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਹੋਰ ਘਟਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ KOH14 ਦੀ ਪੂਰੀ ਰਿਕਵਰੀ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਇਆਲਿਸਿਸ (ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡਾਇਆਲਿਸਿਸ ਦੁਆਰਾ US$1073/t AA-1 ਦੀ ਅਨੁਮਾਨਿਤ ਲਾਗਤ; ਪੂਰਕ ਨੋਟ 9)।
ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, ਅਸੀਂ Ni(OH)2 ਨੈਨੋਸ਼ੀਟਾਂ ਵਿੱਚ V ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਕੇ ਉੱਚ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਐਲੂਮੀਨੀਅਮ ਐਟਮ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੀ ਉੱਚ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ। 1.5–1.9 VRHE ਦੀ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੰਭਾਵੀ ਰੇਂਜ ਅਤੇ 170 mA cm−2 ਦੀ ਉੱਚ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ ਦੇ ਤਹਿਤ, NiV-LDH-NS 'ਤੇ AA FE 83–88% ਤੱਕ ਪਹੁੰਚ ਗਿਆ, ਜਦੋਂ ਕਿ OER ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ 3% ਤੱਕ ਦਬਾ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ। V ਸੋਧ ਨੇ Ni2+ ਨੂੰ Ni3+x ਤੱਕ ਘਟਾਉਣ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦੇ ਸੋਸ਼ਣ ਨੂੰ ਵਧਾਇਆ। ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਅਤੇ ਸਿਧਾਂਤਕ ਡੇਟਾ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਉਤੇਜਿਤ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਆਕਸੀਕਰਨ ਲਈ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ COR ਦੇ RDS ਨੂੰ ਪੁਨਰ ਨਿਰਮਾਣ ਤੋਂ ਡੀਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨੇਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਹੈ ਜਿਸ ਵਿੱਚ Cα − H ਸਕਿਸ਼ਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਸਾਈਕਲੋਹੈਕਸਾਨੋਨ ਦਾ ਵਧਿਆ ਹੋਇਆ ਸੋਸ਼ਣ OER ਨੂੰ ਦਬਾਉਂਦਾ ਹੈ। MEA ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਨੇ 300 mA cm−2 ਦੀ ਉਦਯੋਗਿਕ ਕਰੰਟ ਘਣਤਾ, 82% ਦੀ ਰਿਕਾਰਡ AA ਕੁਸ਼ਲਤਾ, ਅਤੇ 1536 μmol cm−2 h−1 ਦੀ ਉਤਪਾਦਕਤਾ 'ਤੇ ਨਿਰੰਤਰ AA ਉਤਪਾਦਨ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ। 50-ਘੰਟੇ ਦੇ ਟੈਸਟ ਤੋਂ ਪਤਾ ਲੱਗਾ ਕਿ NiV-LDH-NS ਵਿੱਚ ਚੰਗੀ ਸਥਿਰਤਾ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ MEA ਵਿੱਚ ਉੱਚ AA FE (> 200 mA cm−2 'ਤੇ 60 ਘੰਟਿਆਂ ਲਈ 80%; > 300 mA cm−2 'ਤੇ 58 ਘੰਟਿਆਂ ਲਈ 70%) ਬਣਾਈ ਰੱਖ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਧਿਆਨ ਵਿੱਚ ਰੱਖਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ ਕਿ ਉਦਯੋਗਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਆਦਰਸ਼ ਮੌਜੂਦਾ ਘਣਤਾ 'ਤੇ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਵਧੇਰੇ ਸ਼ਕਤੀਸ਼ਾਲੀ AEM ਵਿਕਸਤ ਕਰਨ ਦੀ ਜ਼ਰੂਰਤ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, TEA AA ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਰਣਨੀਤੀਆਂ ਦੇ ਆਰਥਿਕ ਫਾਇਦਿਆਂ ਅਤੇ ਲਾਗਤਾਂ ਨੂੰ ਹੋਰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ ਉੱਚ-ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ ਅਤੇ ਉੱਨਤ ਵੱਖ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦੀ ਮਹੱਤਤਾ ਨੂੰ ਉਜਾਗਰ ਕਰਦਾ ਹੈ।