Utilizazione di materiali nanostrutturati nantu à materiali in schiuma di nichel tridimensionale cum'è elettrocatalizzatori per cracking d'acqua

L'esaurimentu di i carburanti fossili è a crescente preoccupazione per l'energia è i prublemi ambientali anu purtatu à sforzi di ricerca estensivi per sviluppà fonti d'energia alternativa.Elettrolisi elettrochimicaL'acqua hè cunsiderata una strategia promettente per a produzzione di carburante di l'idrogenu. Tuttavia, u cracking efficiente di l'acqua richiede elettrocatalizzatori efficaci è durable chì ponu accelerà a cinetica di a reazione di estrazione di l'ossigenu (OER) è a reazione di estrazione di l'idrogenu (HER). Catalizzatori chì cuntenenu metalli nobili, cum'è Pt è e so leghe, RuO2 è IrO2, sò attualmente i catalizzatori più efficaci per catalizà OER è HER. Tuttavia, l'altu costu è a scarsità di metalli nobili anu impeditu a so applicazione à grande scala è u sviluppu di e tecnulugia di l'energia rinnuvevuli. Per superà queste limitazioni, sò stati fatti assai sforzi per cuncepisce è sintetizà elettrocatalizzatori di metalli non preziosi aduprendu materiali abbundanti di terra cum'è alternative ecunomiche à OER è OERHER. L'ossidi di metalli di transizione, i sulfuri, i fosfuri, i materiali di carbonu, i selenidi è i cumplessi di metalli misti sò stati assai studiati è anu dimustratu un rendimentu promettente per OER è HER. Tuttavia, a maiò parte di sti electrocatalysts necessanu overpotentials più altu ch'è i catalizaturi basati in metalli nobili, è a migliurà a so stabilità resta cruciale. Per quessa, ci hè un urgente bisognu di sviluppà una struttura di elettrodi alternativu à pocu costu è efficaci cù alta attività è stabilità à longu andà per un splitting efficiente di l'acqua.

In u campu di l'applicazioni elettrochimiche, duie strategie principali sò state aduprate per preparà l'elettrodi. A prima è a tecnica più largamente usata implica l'usu di catalizzatori in forma pulverulenta. Di genere, l'elettrodi sò custruiti utilizendu slurries di materiali elettroattivi, rinforzatori di conduttività è adesivi nantu à sustrati conduttivi. Tuttavia, stu approcciu ùn hè micca senza inconvenienti. U principale svantaghju hè u requisitu per un ligatu insulating electrically, chì riduce l'area di cuntattu trà l'elettrolitu è ​​u catalizzatore. Questu pò guidà à u bloccu di i siti cataliticamente attivi, risultatu in una alta resistenza è un rendimentu elettrocataliticu ridottu. Inoltre, l'elettrodi sò relativamente instabili, postu chì u catalizzatore attaccatu tende à sbuchjarà da u sustrato condutturi à alta densità di corrente. A seconda strategia principale per a preparazione di l'elettrodi hè l'usu di materiali nobili basati in metalli chì sò elettrodipositati direttamente nantu à u sustrato conduttivu, cum'è a schiuma di nichel, foglia di rame, tela di carbone o carta, FTO, acciaio inox è foglia di nichel. Tuttavia, stu approcciu ùn hè micca senza limitazioni. Hè difficiuli di cuntrullà precisamente u spaziu accessibile trà i materiali attivi dipositati è, per quessa, a prestazione di l'elettrodu diminuisce cù l'aumentu di u gruixu di film per via di l'inaccessibilità di u sustrato à i siti cataliticamente attivi. Inoltre, a cumplessità è u costu altu di u metudu impediscenu assai a so applicazione pratica. Per quessa, u sviluppu di tecniche di fabricazione costu-efficace perelettrodi tridimensionali (3D).hè necessariu per l'applicazioni elettrochimiche di successu.

U sviluppu di novi materiali metallici tridimensionali cù strutture porose è superfici specifiche elevate hà attiratu assai attenzione per via di u so putenziale di riduce a lunghezza di diffusione di ioni è di aumentà a conduttività ionica è elettronica. Dunque, una direzzione promettente per u disignu di l'elettrocatalizzatore hè di cumminà diverse dimensioni strutturali per creà un compostu nanostrutturatu di trasportatori di catalizzatore chì furnisce una alta conduttività, una grande superficie è una alta stabilità.Schiuma di nichel(NF), un materiale dispunibule in u cummerciu è pocu prezzu, hè statu largamente utilizatu com'è sustrato è trasportatore per i materiali di l'elettrodi per via di a so struttura desiderata tridimensionale di pori aperti, alta conduttività elettrica è grande superficie specifica. I micropori è u flussu frastagliatu canali in i NFs furnisce ancu un bonu trasferimentu di massa è una grande superficie per unità di area. Diversi sustrati, cumprese diverse spume metalliche, maglie, foils è tessuti, sò stati esplorati cum'è cullettori per applicazioni elettrochimiche cum'è batterie di lithium-ion, supercapacitors, cellule solari è splitting d'acqua. In particulare, i NF porosi anu attiratu l'attenzione per via di u so prezzu bassu, di a cunduttività elettrica è di una grande superficie elettroattiva, chì hè ideale per i catalizzatori di carica è l'aumentu di i siti attivi elettrochimici. Inoltre, i NF porosi anu vantaghji per rinfurzà u trasportu di massa di l'elettroliti, chì li facenu candidati adattati per i cullettori di corrente di superficia elevata in applicazioni energetiche. A crescita diretta di materiali attivi nantu à a schiuma di nichel aumenta ancu u cuntattu catalizzatore-substratu per un trasferimentu elettronicu efficiente in reazzioni di cracking d'acqua. Mentre i supercapacitor è l'elettrodi di a bateria restanu l'applicazioni principali per i NF, studii recenti anu dimustratu chì i materiali di l'elettrodi dipositati nantu à stu materiale anu una attività OER superiore à i fogli di Ni è e rete. Questi materiali ponu esse appiicati in a so forma naturali o decorati cù materiali attivi, è i spuma ponu esse aduprati com'è cullezzione è sustrati di supportu. Cusì, a crescita di un materiale cataliticu nanostrutturatu è riccu in terra nantu à i sustrati NF hè prumessa per u sviluppu di materiali elettrodi avanzati per i dispositi di almacenamiento / cunversione di energia. Ancu se l'elettrocatalizzatori ricchi di terra cultivati ​​direttamente nantu à a schiuma di nichel sò cumunimenti dispunibili, l'elettrodi tridimensionali nantu à a schiuma di nichel per l'OER è l'HER ùn sò micca stati investigati in modu estensivu, ancu s'ellu sò strutture gerarchiche porose chì sò pocu costu è faciuli di fabricà.