3D-அச்சிடப்பட்ட, நிக்கல் அடிப்படையிலான மின்வினையூக்கிகள் மூலம் ஹைட்ரஜன் பரிணாமத்தை செயல்படுத்துதல்

நீர் மின்னாற்பகுப்பு என்பது புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களைப் பயன்படுத்தி ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கான ஒரு சிறந்த முறையாகும். ஹைட்ரஜனின் அதிகரித்து வரும் தேவையை பூர்த்தி செய்ய, கார ஊடகத்தில் திறமையான மற்றும் நீடித்த ஹைட்ரஜன் பரிணாம எதிர்வினைக்கான செலவு குறைந்த மின்வினையூக்கிகளின் வளர்ச்சி மிக முக்கியமானது.

பிளாட்டினம் குழு உலோகங்கள் ஹைட்ரஜன் பரிணாம எதிர்வினையில் சிறந்த செயல்பாட்டை வெளிப்படுத்துகின்றன, ஆனால் அவற்றின் அதிக விலை அவற்றின் பரவலான பயன்பாட்டைத் தடுக்கிறது.

சமீபத்தில், சீன அறிவியல் அகாடமியின் ஷாங்காய் அட்வான்ஸ்டு ரிசர்ச் இன்ஸ்டிடியூட்டின் (SARI) பேராசிரியர். டாங் ஷியோங் மற்றும் இணைப் பேராசிரியர் ஜாங் ஜீ தலைமையிலான ஆய்வுக் குழு, கட்டமைக்கப்பட்ட நிக்கல் அடிப்படையிலான மின்வினையூக்கிகளை நேரடியாகத் தயாரிக்க ஒரு புதிய புகைப்படக் குணப்படுத்தும் 3D-அச்சிடும் முறையை முன்மொழிந்துள்ளது. தனித்துவமான பசையம் போன்ற கனசதுர அமைப்பு மற்றும் வலுவான வினையூக்கி-அடி மூலக்கூறுடன் தொடர்புடையது.

இந்த ஆய்வு நானோ எனர்ஜியில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

ஃபோட்டோ க்யூரிங் 3டி பிரிண்டிங், தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட லேசர் உருகும் 3டி பிரிண்டிங்கை விட மிகக் குறைவான உற்பத்திச் செலவைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் நேரடி மை எழுதும் 3டி பிரிண்டிங்கை விட சுலபம் மற்றும் அச்சிடும் துல்லியம் அதிகம்.

இந்த தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் அச்சிடும் பேஸ்ட் கலவை மற்றும் பிந்தைய சிகிச்சை செயல்முறையை மேம்படுத்தினர். இதன் விளைவாக வரும் மின்முனை மேற்பரப்பு பசையம் போன்ற கனசதுர அமைப்பை வெளிப்படுத்துகிறது, அங்கு Ti ஆனது Ni உடன் வலுவான தொடர்புடன் உருவமற்ற நிலையில் உள்ளது, இது செயலில் உள்ள தளங்கள் மற்றும் மேம்படுத்தப்பட்ட மின்னாற்பகுப்பு பண்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

வடிவமைக்கப்பட்ட நிக்கல்-அடிப்படையிலான மின்முனையானது சிறந்த நீடித்துழைப்பு மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க குறைந்த அதிக ஆற்றலை வெளிப்படுத்துகிறது, வணிக Pt/C வினையூக்கி மற்றும் பெரும்பாலான அதிநவீன மின்வினையூக்கிகளை மிஞ்சும்.

அடர்த்தி செயல்பாட்டுக் கோட்பாடு கணக்கீடுகள், Ti ஊக்கமருந்து நீர் விலகல் ஆற்றல் தடையையும் ஹைட்ரஜன் ஆற்றல் தடையையும் குறைக்கிறது, இதனால் ஹைட்ரஜன் பரிணாம எதிர்வினை அதிகரிக்கிறது.

அல்கலைன் நீர் மின்னாற்பகுப்பில் மேம்பட்ட செயல்பாட்டுடன் கட்டமைக்கப்பட்ட உன்னத-உலோகம் இல்லாத வினையூக்கிகளைத் துல்லியமாகத் தயாரிப்பதற்கான ஒரு புதிய உத்தியை இந்தப் பணி வழங்குகிறது. மேலும், உருவாக்கப்பட்ட புகைப்பட-குணப்படுத்தக்கூடிய 3D பிரிண்டிங் முறையானது சிக்கலான 3D கட்டமைப்பைக் கொண்ட குறைந்த விலை மின்வினையூக்கிகளை தயாரிப்பதற்கான மாற்று விருப்பத்தை வழங்குகிறது.

References:

• Han, Z., Wang, G., Zhang, J., & Tang, Z. (2022). Direct Photo-curing 3D Printing of Nickel-based Electrocatalysts for Highly-efficient Hydrogen Evolution. Nano Energy, 107615.
• Oshchepkov, A. G., Braesch, G., Ould-Amara, S., Rostamikia, G., Maranzana, G., Bonnefont, A., & Savinova, E. R. (2019). Nickel metal nanoparticles as anode electrocatalysts for highly efficient direct borohydride fuel cells. ACS Catalysis, 9(9), 8520-8528.
• Tian, Y., Zhang, Y., Huang, A., Wen, M., Wu, Q., Zhao, L., & Fu, Y. (2020). Nanostructured Ni2SeS on porous-carbon skeletons as highly efficient electrocatalyst for hydrogen evolution in acidic medium. Inorganic Chemistry, 59(9), 6018-6025.
• Xu, X., Li, C., Lim, J. G., Wang, Y., Ong, A., Li, X., & Ding, J. (2018). Hierarchical Design of NiOOH@ Amorphous Ni–P Bilayer on a 3D Mesh Substrate for High-Efficiency Oxygen Evolution Reaction. ACS applied materials & interfaces, 10(36), 30273-30282.
• Wang, S., Wang, J., Li, P., Wu, Z., & Liu, X. (2018). N, P-Codoped carbon layer coupled with MoP nanoparticles as an efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction. Materials, 11(8), 1316.