Nature.com تي اچڻ لاءِ مهرباني. توهان جي استعمال ڪيل برائوزر جي ورزن ۾ محدود CSS سپورٽ آهي. بهترين نتيجن لاءِ، اسان سفارش ڪريون ٿا ته توهان پنهنجي برائوزر جو نئون ورزن استعمال ڪريو (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي غير فعال ڪريو). ساڳئي وقت، جاري سپورٽ کي يقيني بڻائڻ لاءِ، اسان سائيٽ کي اسٽائلنگ يا جاوا اسڪرپٽ کان سواءِ ڏيکاري رهيا آهيون.
ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ کي فارمڪ ايسڊ ۾ اليڪٽرو ڪيميڪل گهٽائڻ ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ جي استعمال کي بهتر بڻائڻ جو هڪ اميد افزا طريقو آهي ۽ ان ۾ هائيڊروجن اسٽوريج ميڊيم طور امڪاني ايپليڪيشنون آهن. هن ڪم ۾، ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ مان فارمڪ ايسڊ جي سڌي اليڪٽرو ڪيميڪل سنٿيسس لاءِ هڪ زيرو-گيپ جھلي اليڪٽروڊ اسيمبلي آرڪيٽيڪچر تيار ڪيو ويو آهي. هڪ اهم ٽيڪنالاجي ترقي سوراخ ٿيل ڪيشن ايڪسچينج جھلي آهي، جيڪا، جڏهن فارورڊ بايوسڊ بائي پولر جھلي ترتيب ۾ استعمال ڪئي ويندي آهي، ته جھلي جي انٽرفيس تي ٺهيل فارمڪ ايسڊ کي 0.25 ايم جي گهٽ ڪنسنٽريشن ۾ اينوڊڪ فلو فيلڊ ذريعي بي گھر ٿيڻ جي اجازت ڏئي ٿي. اينوڊ ۽ ڪيٿوڊ جي وچ ۾ اضافي سينڊوچ حصن کان سواءِ، تصور جو مقصد موجوده بيٽري مواد ۽ ڊيزائن کي استعمال ڪرڻ آهي جيڪي ايندھن جي سيلز ۽ هائيڊروجن اليڪٽرولائيزيشن ۾ عام آهن، اسڪيل اپ ۽ ڪمرشلائيزيشن ڏانهن تيز منتقلي جي اجازت ڏين ٿا. 25 سينٽي ميٽر 2 سيل ۾، سوراخ ٿيل ڪيشن ايڪسچينج جھلي ترتيب <2 V ۽ 300 ايم اي / سينٽي ميٽر 2 تي فارمڪ ايسڊ لاءِ 75٪ فيراڊي ڪارڪردگي فراهم ڪري ٿي. وڌيڪ اهم طور تي، 200 ايم اي / سينٽي ميٽر 2 تي 55 ڪلاڪن جي استحڪام ٽيسٽ مستحڪم فيراڊي ڪارڪردگي ۽ سيل وولٽيج ڏيکاريو. موجوده فارمڪ ايسڊ پيداوار جي طريقن سان قيمت جي برابري حاصل ڪرڻ جا طريقا بيان ڪرڻ لاءِ هڪ ٽيڪنو-اقتصادي تجزيو استعمال ڪيو ويندو آهي.
قابل تجديد بجلي استعمال ڪندي ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ کي فارمڪ ايسڊ ۾ اليڪٽرو ڪيميڪل گهٽائڻ روايتي فوسل فيول تي ٻڌل طريقن جي مقابلي ۾ پيداوار جي قيمتن ۾ 75%1 تائين گهٽتائي ڏيکاري وئي آهي. جيئن ادب ۾ اشارو ڪيو ويو آهي2,3، فارمڪ ايسڊ ۾ ايپليڪيشنن جي هڪ وسيع رينج آهي، ڪيميائي صنعت4,5 يا بايوماس انڊسٽري6 لاءِ فيڊ اسٽاڪ تائين هائيڊروجن کي ذخيرو ڪرڻ ۽ منتقل ڪرڻ جي هڪ موثر ۽ اقتصادي ذريعن کان. فارمڪ ايسڊ کي ميٽابولڪ انجنيئرنگ7,8 استعمال ڪندي پائيدار جيٽ فيول انٽرميڊيٽ ۾ بعد ۾ تبديلي لاءِ فيڊ اسٽاڪ جي طور تي به سڃاڻپ ڪيو ويو آهي. فارمڪ ايسڊ اقتصاديات1,9 جي ترقي سان، ڪيترائي تحقيقي ڪم ڪيٽالسٽ چونڊ کي بهتر بڻائڻ تي ڌيان ڏنو آهي10,11,12,13,14,15,16. بهرحال، ڪيتريون ئي ڪوششون گهٽ موجوده کثافت (<50 mA/cm2) تي ڪم ڪندڙ ننڍڙن H-سيلز يا مائع وهڪري جي سيلز تي ڌيان ڏيڻ جاري رکن ٿيون. خرچ گهٽائڻ، ڪمرشلائيزيشن حاصل ڪرڻ ۽ بعد ۾ مارڪيٽ جي دخول کي وڌائڻ لاءِ، اليڪٽرڪ ڪيميڪل ڪاربن ڊاءِ آڪسائيڊ گهٽائڻ (CO2R) کي اعليٰ موجوده کثافت (≥200 mA/cm2) ۽ فيراڊي ڪارڪردگي (FE)17 تي انجام ڏيڻ گهرجي جڏهن ته مواد جي استعمال کي وڌ کان وڌ ڪندي ۽ ٽيڪنالاجي فيول سيلز ۽ واٽر اليڪٽرولائيزيشن مان بيٽري حصن کي استعمال ڪندي CO2R ڊوائيسز کي پيماني جي معيشت جو فائدو وٺڻ جي اجازت ڏين ٿا18. ان کان علاوه، پيداوار جي افاديت کي وڌائڻ ۽ اضافي ڊائون اسٽريم پروسيسنگ کان بچڻ لاءِ، فارميٽ سالٽس19 جي بدران فارمڪ ايسڊ کي آخري پيداوار طور استعمال ڪيو وڃي.
هن طرف، صنعتي طور تي لاڳاپيل CO2R فارميٽ/فارمڪ ايسڊ تي ٻڌل گيس ڊفيوژن اليڪٽروڊ (GDE) ڊوائيسز کي ترقي ڪرڻ لاءِ تازيون ڪوششون ڪيون ويون آهن. فرنينڊز-ڪيسو ۽ ٻين پاران هڪ جامع جائزو CO2 جي فارمڪ ايسڊ/فارميٽ ۾ مسلسل گهٽتائي لاءِ سڀني اليڪٽرڪ ڪيميڪل سيل ترتيبن جو خلاصو پيش ڪري ٿو. عام طور تي، سڀني موجوده ترتيبن کي ٽن مکيه ڀاڱن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: 1. فلو-ٿرو ڪيٿوليٽس19,21,22,23,24,25,26,27, 2. سنگل جھلي (ڪيٽيشن ايڪسچينج جھلي (CEM)28 يا اينين ​​ايڪسچينج جھلي (AEM)29 ۽ 3. سينڊوچ ترتيب15,30,31,32. انهن ترتيبن جا آسان ڪراس سيڪشن شڪل 1a ۾ ڏيکاريا ويا آهن. ڪيٿوليٽ جي وهڪري جي ترتيب لاءِ، GDE جي جھلي ۽ ڪيٿوڊ جي وچ ۾ هڪ اليڪٽرولائيٽ چيمبر ٺاهيو ويو آهي. فلو-ٿرو ڪيٿوليٽ ڪيٽالسٽ جي ڪيٿوڊ پرت ۾ آئن چينل ٺاهڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي33، جيتوڻيڪ فارميٽ سليڪٽيوٽي کي ڪنٽرول ڪرڻ جي ضرورت تي بحث ڪيو ويو آهي34. بهرحال، هي ترتيب چن ۽ ٻين پاران استعمال ڪئي وئي هئي. 1.27 ملي ميٽر ٿلهي ڪيٿوليٽ پرت سان ڪاربان سبسٽريٽ تي SnO2 ڪيٿوڊ استعمال ڪندي، 500 mA/cm2 تي 90% FE 35 تائين حاصل ڪيو ويو. ميلاپ هڪ ٿلهي ڪيٿولائٽ پرت ۽ هڪ ريورس-بائيزڊ بائيپولر جھلي (BPM) جو جيڪو آئن جي منتقلي کي محدود ڪري ٿو، 6 V جو آپريٽنگ وولٽيج ۽ 15٪ جي توانائي جي ڪارڪردگي فراهم ڪري ٿو. توانائي جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ، لي ۽ ٻين، هڪ واحد CEM ترتيب استعمال ڪندي، 51.7 mA/cm2 جي فريڪشنل ڪرنٽ کثافت تي 93.3٪ جو FE 29 حاصل ڪيو. Diaz-Sainz ۽ ٻين 28 45 mA/cm2 جي موجوده کثافت تي هڪ واحد CEM جھلي سان فلٽر پريس استعمال ڪيو. بهرحال، سڀني طريقن ترجيحي پيداوار، فارمڪ ايسڊ جي بدران فارميٽ پيدا ڪيو. اضافي پروسيسنگ گهرجن کان علاوه، CEM ترتيبن ۾، KCOOH جهڙا فارميٽ جلدي GDE ۽ وهڪري جي ميدان ۾ جمع ٿي سگهن ٿا، جنهن جي ڪري ٽرانسپورٽ جي پابنديون ۽ آخرڪار سيل ناڪامي ٿي سگهي ٿي.
ٽنهي سڀ کان وڌيڪ نمايان CO2R جو فارميٽ/فارمڪ ايسڊ ڪنورشن ڊيوائس ڪنفگريشن ۽ هن مطالعي ۾ تجويز ڪيل آرڪيٽيڪچر سان مقابلو. b ڪيٿولائٽ ڪنفگريشن، سينڊوچ ڪنفگريشن، ادب ۾ سنگل CEM ڪنفگريشن (ضمني جدول S1 ۾ ڏيکاريل آهي) ۽ اسان جي ڪم لاءِ ڪل ڪرنٽ ۽ فارميٽ/فارمڪ ايسڊ جي پيداوار جو مقابلو. کليل نشان فارميٽ حل جي پيداوار کي ظاهر ڪن ٿا، ۽ مضبوط نشان فارمڪ ايسڊ جي پيداوار کي ظاهر ڪن ٿا. * اينوڊ تي هائيڊروجن استعمال ڪندي ڏيکاريل ترتيب. c زيرو-گيپ MEA ڪنفگريشن هڪ جامع بائي پولر جھلي استعمال ڪندي هڪ سوراخ ٿيل ڪيشن ايڪسچينج پرت سان جيڪو فارورڊ بائس موڊ ۾ ڪم ڪري ٿو.
فارميٽ ٺهڻ کي روڪڻ لاءِ، پروئيٽو ۽ ٻين 32 هڪ ورهايل فلٽر پريس ترتيب استعمال ڪئي جنهن ۾ ڊيونائيزڊ پاڻي انٽرليئر ذريعي وهندو آهي. سسٽم 50-80 mA/cm2 جي موجوده کثافت جي حد ۾ 70٪ CE کان وڌيڪ حاصل ڪري سگهي ٿو. ساڳئي طرح، يانگ ۽ ٻين 14 فارمڪ ايسڊ جي ٺهڻ کي فروغ ڏيڻ لاءِ CEM ۽ AEM جي وچ ۾ هڪ مضبوط اليڪٽرولائٽ انٽرليئر جي استعمال جي تجويز پيش ڪئي. يانگ ۽ ٻين 31,36 200 mA/cm2 تي 5 cm2 سيل ۾ 91.3٪ FE حاصل ڪيو، 6.35 wt٪ فارمڪ ايسڊ حل پيدا ڪيو. Xia ۽ ٻين ساڳي ترتيب استعمال ڪندي، ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ (CO2) جي فارمڪ ايسڊ FE ۾ 83٪ تبديلي 200 mA/cm2 تي حاصل ڪئي وئي، ۽ سسٽم جي استحڪام کي 100 ڪلاڪ 30 منٽن لاءِ آزمايو ويو. جيتوڻيڪ ننڍي پيماني تي نتيجا واعدو ڪندڙ آهن، پر پورس آئن ايڪسچينج ريزن جي وڌندڙ قيمت ۽ پيچيدگي انٽرليئر ترتيبن کي وڏن سسٽمن (مثال طور، 1000 cm2) تائين اسڪيل ڪرڻ ڏکيو بڻائي ٿي.
مختلف ڊيزائنن جي خالص اثر کي ڏسڻ لاءِ، اسان اڳ ذڪر ڪيل سڀني سسٽمن لاءِ فارميٽ/فارمڪ ايسڊ جي پيداوار في ڪلوواٽ ڪلاڪ کي ٽيبل ڪيو ۽ انهن کي شڪل 1b ۾ پلاٽ ڪيو. هتي اهو واضح آهي ته ڪيٿولائٽ يا انٽرليئر تي مشتمل ڪو به سسٽم گهٽ ڪرنٽ کثافت تي پنهنجي ڪارڪردگي کي چوٽي تي پهچائيندو ۽ وڌيڪ ڪرنٽ کثافت تي خراب ڪندو، جتي اوهمڪ حد سيل وولٽيج کي طئي ڪري سگهي ٿي. ان کان علاوه، جيتوڻيڪ توانائي-موثر CEM ترتيب في ڪلوواٽ ڪلاڪ ۾ سڀ کان وڌيڪ مولر فارمڪ ايسڊ پيداوار فراهم ڪري ٿي، لوڻ جي تعمير تيز ڪرنٽ کثافت تي تيز ڪارڪردگي جي خرابي جو سبب بڻجي سگهي ٿي.
اڳ ۾ بحث ڪيل ناڪامي جي طريقن کي گھٽائڻ لاءِ، اسان هڪ ميمبرين اليڪٽروڊ اسيمبلي (MEA) تيار ڪئي جنهن ۾ هڪ جامع فارورڊ بايئسڊ BPM هڪ سوراخ ٿيل ڪيشن ايڪسچينج ميمبرين (PCEM) سان گڏ آهي. آرڪيٽيڪچر شڪل 1c ۾ ڏيکاريل آهي. هائيڊروجن (H2) کي هائيڊروجن آڪسائيڊيشن ري ايڪشن (HOR) ذريعي پروٽان پيدا ڪرڻ لاءِ اينوڊ ۾ متعارف ڪرايو ويو آهي. هڪ PCEM پرت BPM سسٽم ۾ متعارف ڪرائي وئي آهي ته جيئن ڪيٿوڊ تي پيدا ٿيندڙ فارميٽ آئن AEM مان گذري سگهن، پروٽان سان گڏ BPM انٽرفيس ۽ CEM جي انٽرسٽيشل پورز تي فارمڪ ايسڊ ٺاهي سگهن، ۽ پوءِ GDE انوڊ ۽ فلو فيلڊ مان نڪرندا آهن. . هن ترتيب کي استعمال ڪندي، اسان 25 cm2 سيل ايريا لاءِ <2 V ۽ 300 mA/cm2 تي فارمڪ ايسڊ جو 75٪ FE حاصل ڪيو. سڀ کان اهم، ڊيزائن فيول سيل ۽ واٽر اليڪٽرولائسس پلانٽس لاءِ تجارتي طور تي دستياب اجزاء ۽ هارڊويئر آرڪيٽيڪچر استعمال ڪري ٿو، جنهن سان اسڪيل ڪرڻ لاءِ تيز وقت ملي ٿو. ڪيٿولائٽ ترتيبن ۾ ڪيٿولائٽ وهڪري چيمبر هوندا آهن جيڪي گئس ۽ مائع مرحلن جي وچ ۾ دٻاءُ جي عدم توازن جو سبب بڻجي سگهن ٿا، خاص طور تي وڏين سيل ترتيبن ۾. سيال جي وهڪري جي سوراخ واري پرتن سان سينڊوچ جوڙجڪ لاءِ، دٻاءُ جي گهٽتائي ۽ وچولي پرت اندر ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ جي جمع کي گهٽائڻ لاءِ سوراخ واري وچولي پرت کي بهتر بڻائڻ لاءِ اهم ڪوششون گهربل آهن. اهي ٻئي سيلولر ڪميونيڪيشن ۾ خلل جو سبب بڻجي سگهن ٿا. وڏي پيماني تي آزاد بيٺل پتلي سوراخ واري پرت پيدا ڪرڻ پڻ ڏکيو آهي. ان جي ابتڙ، تجويز ڪيل نئين ترتيب هڪ صفر-گيپ MEA ترتيب آهي جنهن ۾ فلو چيمبر يا وچولي پرت شامل ناهي. ٻين موجوده اليڪٽرو ڪيميڪل سيلز جي مقابلي ۾، تجويز ڪيل ترتيب منفرد آهي ڇاڪاڻ ته اها هڪ اسڪيلبل، توانائي-موثر، صفر-گيپ ترتيب ۾ فارمڪ ايسڊ جي سڌي سنٿيسس جي اجازت ڏئي ٿي.
هائيڊروجن ارتقا کي دٻائڻ لاءِ، وڏي پيماني تي CO2 گهٽائڻ جي ڪوششن ۾ MEA ۽ AEM جھلي جي ترتيبن کي اعلي مولر ڪنسنٽريشن اليڪٽرولائٽس (مثال طور، 1-10 M KOH) سان گڏ استعمال ڪيو ويو آهي ته جيئن ڪيٿوڊ تي الڪائن حالتون پيدا ٿين (جيئن شڪل 2a ۾ ڏيکاريل آهي). انهن ترتيبن ۾، ڪيٿوڊ تي ٺهيل فارميٽ آئن جھلي مان منفي چارج ٿيل نسلن جي طور تي گذري ٿو، پوءِ KCOOH ٺهيل آهي ۽ انوڊڪ KOH وهڪري ذريعي سسٽم مان نڪرندو آهي. جيتوڻيڪ فارميٽ FE ۽ سيل وولٽيج شروعاتي طور تي سازگار هئا جيئن شڪل 2b ۾ ڏيکاريل آهي، استحڪام جي جاچ جي نتيجي ۾ صرف 10 ڪلاڪن ۾ FE ۾ تقريبن 30٪ جي گهٽتائي ٿي (شڪل S1a–c). اهو نوٽ ڪيو وڃي ته 1 M KOH اينولائيٽ جو استعمال الڪائن آڪسيجن ارتقا رد عمل (OER) سسٽم 37 ۾ انوڊڪ اوور وولٽيج کي گھٽ ڪرڻ ۽ ڪيٿوڊ ڪيٽالسٽ بيڊ 33 اندر آئن جي رسائي حاصل ڪرڻ لاءِ اهم آهي. جڏهن اينولائٽ ڪنسنٽريشن 0.1 M KOH تائين گهٽجي ويندي آهي، ته سيل وولٽيج ۽ فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊيشن (فارمڪ ايسڊ جو نقصان) ٻئي وڌي ويندا آهن (شڪل S1d)، جيڪو صفر-سم ٽريڊ آف کي ظاهر ڪري ٿو. فارميٽ آڪسائيڊيشن جي ڊگري جو جائزو مجموعي ماس بيلنس استعمال ڪندي ڪيو ويو؛ وڌيڪ تفصيل لاءِ، "طريقا" سيڪشن ڏسو. MEA ۽ سنگل CEM ميمبرين ڪنفيگريشن استعمال ڪندي ڪارڪردگي جو پڻ مطالعو ڪيو ويو، ۽ نتيجا شڪل S1f،g ۾ ڏيکاريا ويا آهن. ٽيسٽ جي شروعات ۾ ڪيٿوڊ مان گڏ ڪيل FE فارميٽ 200 mA/cm2 تي 60% کان وڌيڪ هو، پر اڳ ۾ بحث ڪيل ڪيٿوڊ لوڻ جي جمع ٿيڻ جي ڪري ٻن ڪلاڪن اندر تيزي سان خراب ٿي ويو (شڪل S11).
ڪيٿوڊ تي CO2R سان هڪ صفر-خالي MEA جو اسڪيميٽ، انوڊ تي هائيڊروجن آڪسائيڊيشن ري ايڪشن (HOR) يا OER، ۽ وچ ۾ هڪ AEM جھلي. b FE ۽ سيل وولٽيج هن ترتيب لاءِ 1 M KOH ۽ OER سان گڏ اينوڊ تي وهندو آهي. غلطي بار ٽن مختلف ماپن جي معياري انحراف جي نمائندگي ڪن ٿا. FE ۽ سسٽم سيل وولٽيج ۾ H2 ۽ HOR سان انوڊ تي. فارميٽ ۽ فارمڪ ايسڊ جي پيداوار ۾ فرق ڪرڻ لاءِ مختلف رنگ استعمال ڪيا ويندا آهن. d MEA جو اسڪيميٽ ڊاگرام جنهن ۾ BPM وچ ۾ اڳتي منتقل ڪيو ويو آهي. FE ۽ بيٽري وولٽيج بمقابله وقت 200 mA/cm2 تي هن ترتيب کي استعمال ڪندي. f هڪ مختصر ٽيسٽ کان پوءِ فارورڊ-بائيزڊ BPM MEA جي ڪراس-سيڪشنل تصوير.
فارمڪ ايسڊ پيدا ڪرڻ لاءِ، هائيڊروجن کي اينوڊ تي هڪ Pt-on-carbon (Pt/C) ڪيٽالسٽ کي فراهم ڪيو ويندو آهي. جيئن شڪل 2d ۾ ڏيکاريل آهي، اينوڊ تي هڪ فارورڊ-بائيزڊ BPM پيدا ڪندڙ پروٽان اڳ ۾ فارمڪ ايسڊ پيداوار حاصل ڪرڻ لاءِ جاچ ڪئي وئي آهي. BPM ٽيوننگ يونٽ 200 mA/cm2 جي ڪرنٽ تي 40 منٽن جي آپريشن کان پوءِ ناڪام ٿيو، جنهن سان گڏ 5 V کان وڌيڪ وولٽيج سرج (شڪل 2e) هئي. جاچ کان پوءِ، CEM/AEM انٽرفيس تي واضح ڊيليمينيشن ڏٺو ويو. فارميٽ کان علاوه، ڪاربونيٽ، بائيڪاربونٽ ۽ هائيڊروڪسائيڊ جهڙا اينيون پڻ AEM جھلي مان گذري سگهن ٿا ۽ CEM/AEM انٽرفيس تي پروٽان سان رد عمل ڪري CO2 گئس ۽ مائع پاڻي پيدا ڪري سگهن ٿا، جنهن جي نتيجي ۾ BPM ڊيليمينيشن (شڪل 2f) ۽، آخرڪار سيل جي ناڪامي جو سبب بڻجن ٿا.
مٿي ڏنل ترتيب جي ڪارڪردگي ۽ ناڪامي جي طريقيڪار جي بنياد تي، هڪ نئون MEA آرڪيٽيڪچر تجويز ڪيو ويو آهي جيئن شڪل 1c ۾ ڏيکاريل آهي ۽ شڪل 3a38 ۾ تفصيل سان. هتي، PCEM پرت CEM/AEM انٽرفيس مان فارمڪ ايسڊ ۽ اينائنز جي منتقلي لاءِ رستو فراهم ڪري ٿي، ان ڪري مادي جي جمع کي گهٽائي ٿي. ساڳئي وقت، PCEM انٽرسٽيشل رستو فارمڪ ايسڊ کي ڊفيوژن ميڊيم ۽ فلو فيلڊ ۾ هدايت ڪري ٿو، فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊشن جي امڪان کي گهٽائي ٿو. 80، 40 ۽ 25 ملي ميٽر جي ٿولهه سان AEMs استعمال ڪندي پولرائيزيشن جا نتيجا شڪل 3b ۾ ڏيکاريا ويا آهن. جيئن توقع ڪئي وئي، جيتوڻيڪ مجموعي سيل وولٽيج AEM جي ٿلهي وڌڻ سان وڌي ٿو، هڪ ٿلهي AEM استعمال ڪندي فارمڪ ايسڊ جي پوئتي ڊفيوژن کي روڪي ٿو، ان ڪري ڪيٿوڊ پي ايڇ وڌائي ٿو ۽ H2 جي پيداوار گهٽجي ٿي (شڪل 3c-e).
AEM ۽ سوراخ ٿيل CEM ۽ مختلف فارمڪ ايسڊ ٽرانسپورٽ رستن سان MEA جي جوڙجڪ جو هڪ مثال. b مختلف موجوده کثافت ۽ مختلف AEM ٿولهه تي سيل وولٽيج. EE ۾ 80 μm جي AEM ٿولهه سان مختلف موجوده کثافت تي (d) 40 μm، e) 25 μm. غلطي بار ٽن الڳ نمونن مان ماپيل معياري انحراف جي نمائندگي ڪن ٿا. f مختلف AEM ٿولهه تي CEM/AEM انٽرفيس تي فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن ۽ pH قدر جا سموليشن نتيجا. f مختلف AEM فلم ٿولهه سان ڪيٽالسٽ جي ڪيٿوڊ پرت ۾ PC ۽ pH. g CEM/AEM انٽرفيس ۽ پرفوريشن سان فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن جي ٻه طرفي ورڇ.
شڪل S2 پوئسن-نرنس-پلانڪ فائنائيٽ عنصر ماڊلنگ استعمال ڪندي MEA ٿلهي ۾ فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن ۽ pH جي ورڇ ڏيکاري ٿي. اهو حيران ڪندڙ ناهي ته فارمڪ ايسڊ جو سڀ کان وڌيڪ ڪنسنٽريشن، 0.23 mol/L، CEM/AEM انٽرفيس تي ڏٺو ويندو آهي، ڇاڪاڻ ته فارمڪ ايسڊ هن انٽرفيس تي ٺهيل آهي. AEM ذريعي فارمڪ ايسڊ جو ڪنسنٽريشن وڌيڪ تيزي سان گهٽجي ويندو آهي جيئن AEM جي ٿلهي وڌندي آهي، جيڪا ماس ٽرانسفر جي مزاحمت ۽ بيڪ ڊفيوژن جي ڪري گهٽ فارمڪ ايسڊ فلوڪس کي ظاهر ڪري ٿي. شڪل 3 f ۽ g ڪيٿوڊ ڪيٽالسٽ بيڊ ۾ پي ايڇ ۽ فارمڪ ايسڊ ويليوز کي ڏيکارين ٿا جيڪي بيڪ ڊفيوژن ۽ فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن جي ٻه طرفي ورڇ جي ڪري ٿين ٿا. AEM جھلي جيتري پتلي هوندي، ڪيٿوڊ جي ويجهو فارمڪ ايسڊ جي ڪنسنٽريشن اوترو ئي وڌيڪ هوندي، ۽ ڪيٿوڊ جو pH تيزابي ٿي ويندو آهي. تنهن ڪري، جيتوڻيڪ ٿلهي AEM جھلي جي نتيجي ۾ اوهمڪ نقصان وڌيڪ هوندا آهن، اهي فارمڪ ايسڊ جي ڪيٿوڊ ڏانهن بيڪ ڊفيوژن کي روڪڻ ۽ FE فارمڪ ايسڊ سسٽم جي اعليٰ پاڪائي کي وڌائڻ لاءِ اهم آهن. آخرڪار، AEM جي ٿولهه کي 80 μm تائين وڌائڻ جي نتيجي ۾ <2 V تي فارمڪ ايسڊ لاءِ FE >75% ۽ 25 cm2 سيل ايريا لاءِ 300 mA/cm2 ٿيو.
هن PECM تي ٻڌل آرڪيٽيڪچر جي استحڪام کي جانچڻ لاءِ، بيٽري ڪرنٽ کي 55 ڪلاڪن لاءِ 200 mA/cm2 تي برقرار رکيو ويو. مجموعي نتيجا شڪل 4 ۾ ڏيکاريا ويا آهن، پهرين 3 ڪلاڪن جا نتيجا شڪل S3 ۾ نمايان ٿيل آهن. Pt/C اينوڊڪ ڪيٽالسٽ استعمال ڪرڻ وقت، سيل وولٽيج پهرين 30 منٽن اندر تيزيءَ سان وڌي ويو (شڪل S3a). ڊگهي عرصي دوران، سيل وولٽيج تقريبن مستقل رهيو، 0.6 mV/h جي گهٽتائي جي شرح فراهم ڪئي (شڪل 4a). ٽيسٽ جي شروعات ۾، اينوڊ تي گڏ ڪيل فارمڪ ايسڊ جو PV 76.5٪ هو ۽ ڪيٿوڊ تي گڏ ڪيل هائيڊروجن جو PV 19.2٪ هو. ٽيسٽ جي پهرين ڪلاڪ کان پوءِ، هائيڊروجن FE 13.8٪ تائين گهٽجي ويو، جيڪو بهتر فارميٽ سليڪٽيوٽي کي ظاهر ڪري ٿو. جڏهن ته، سسٽم ۾ فارمڪ ايسڊ جي آڪسائيڊيشن جي شرح 1 ڪلاڪ ۾ گهٽجي 62.7٪ ٿي وئي، ۽ اينوڊڪ فارمڪ ايسڊ جي آڪسائيڊيشن جي شرح ٽيسٽ جي شروعات ۾ تقريبن صفر کان وڌي 17.0٪ ٿي وئي. بعد ۾، H2، CO، فارمڪ ايسڊ جو FE ۽ فارمڪ ايسڊ جي انوڊڪ آڪسائيڊيشن جي شرح تجربي دوران مستحڪم رهي. پهرين ڪلاڪ دوران فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊيشن ۾ اضافو PCEM/AEM انٽرفيس تي فارمڪ ايسڊ جي جمع ٿيڻ جي ڪري ٿي سگهي ٿو. جيئن فارمڪ ايسڊ جي ڪنسنٽريشن وڌندي آهي، اهو نه رڳو جھلي جي سوراخ ذريعي ٻاهر نڪرندو آهي، پر FEM ذريعي پڻ ڦهلجي ويندو آهي ۽ Pt/C انوڊ پرت ۾ داخل ٿيندو آهي. جيئن ته فارمڪ ايسڊ 60 ° C تي هڪ مائع آهي، ان جو جمع ماس ٽرانسفر مسئلا پيدا ڪري سگهي ٿو ۽ نتيجي ۾ هائيڊروجن تي ترجيحي آڪسائيڊيشن ٿي سگهي ٿو.
هڪ سيل وولٽيج بمقابله وقت (200 mA/cm2، 60 °C). انسيٽ هڪ سوراخ ٿيل EM سان MEA جي ڪراس سيڪشن جي هڪ آپٽيڪل خوردبيني تصوير ڏيکاري ٿو. اسڪيل بار: 300 µm. b Pt/C اينوڊ استعمال ڪندي 200 mA/cm2 تي وقت جي ڪم جي طور تي PE ۽ فارمڪ ايسڊ جي پاڪائي.
تياري دوران ٽيسٽنگ جي شروعات ۾ (BOT) ۽ ٽيسٽنگ جي آخر ۾ (EOT) جي 55 ڪلاڪن جي استحڪام جي جاچ کان پوءِ نمونن جي مورفولوجي کي نانو-ايڪس-ري ڪمپيوٽيڊ ٽوموگرافي (نانو-سي ٽي) استعمال ڪندي بيان ڪيو ويو، جيئن شڪل 5 الف ۾ ڏيکاريل آهي. EOT نموني ۾ هڪ وڏو ڪيٽالسٽ پارٽيڪل سائيز آهي جنهن جو قطر 1207 nm آهي جڏهن ته BOT لاءِ 930 nm آهي. هاءِ اينگل اينولر ڊارڪ فيلڊ اسڪيننگ ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپي (HAADF-STEM) تصويرون ۽ توانائي-منتشر ايڪس ري اسپيڪٽرو اسڪوپي (EDS) جا نتيجا شڪل 5b ۾ ڏيکاريا ويا آهن. جڏهن ته BOT ڪيٽالسٽ پرت ۾ گھڻا ننڍا ڪيٽالسٽ ذرڙا ۽ ڪجھ وڏا مجموعا شامل آهن، EOT مرحلي ۾ ڪيٽالسٽ پرت کي ٻن الڳ علائقن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: هڪ ۾ تمام وڏا مضبوط ذرڙا ۽ ٻيو وڌيڪ سوراخ وارا علائقا. ننڍن ذرڙن جو تعداد. EDS تصوير ڏيکاري ٿي ته وڏا مضبوط ذرڙا Bi ۾ مالا مال آهن، ممڪن طور تي ڌاتو Bi ۾، ۽ سوراخ وارا علائقا آڪسيجن ۾ مالا مال آهن. جڏهن سيل کي 200 mA/cm2 تي هلايو ويندو آهي، ته ڪيٿوڊ جي منفي صلاحيت Bi2O3 جي گهٽتائي جو سبب بڻجندي، جيئن هيٺ ڏنل بحث ڪيل ان سيٽو ايڪس ري جذب اسپيڪٽرو اسڪوپي نتيجن مان ظاهر ٿئي ٿو. HAADF-STEM ۽ EDS ميپنگ جا نتيجا ڏيکارين ٿا ته Bi2O3 هڪ گهٽتائي جي عمل مان گذري ٿو، جنهن جي ڪري اهي آڪسيجن وڃائي ڇڏيندا آهن ۽ وڏن ڌاتو جي ذرڙن ۾ گڏ ٿي ويندا آهن. BOT ۽ EOT ڪيٿوڊس جا ايڪس ري ڊفرڪشن نمونا EDS ڊيٽا جي تشريح جي تصديق ڪن ٿا (شڪل 5c): BOT ڪيٿوڊ ۾ صرف ڪرسٽل لائن Bi2O3 معلوم ڪيو ويو، ۽ EOT ڪيٿوڊ ۾ ڪرسٽل لائن بائي ميٽل مليو. Bi2O3 ڪيٿوڊ ڪيٽالسٽ جي آڪسائيڊيشن حالت تي ڪيٿوڊ صلاحيت جي اثر کي سمجهڻ لاءِ، گرمي پد اوپن سرڪٽ صلاحيت (+0.3 V بمقابله RHE) کان -1.5 V (بمقابله RHE) تائين مختلف هو. اهو ڏٺو ويو آهي ته Bi2O3 مرحلو RHE جي نسبت -0.85 V تي گهٽجڻ شروع ٿئي ٿو، ۽ اسپيڪٽرم جي ڪنڊ واري علائقي ۾ اڇي لڪير جي شدت ۾ گهٽتائي ظاهر ڪري ٿي ته ڌاتو Bi RHE جي مقابلي ۾ -1.1 V تي RHE جي 90٪ تائين گهٽجي ويو آهي (شڪل 5d). ميڪانيزم جي پرواهه ڪرڻ کان سواءِ، ڪيٿوڊ تي فارميٽ جي مجموعي چونڊ بنيادي طور تي تبديل نه ٿيندي آهي، جيئن H2 ۽ CO FE ۽ فارمڪ ايسڊ ٺهڻ مان اندازو لڳايو ويو آهي، ڪيٿوڊ مورفولوجي، ڪيٽالسٽ آڪسائيڊيشن اسٽيٽ، ۽ مائڪرو ڪرسٽل لائن ڍانچي ۾ اهم تبديلين جي باوجود.
نانو-ايڪس-ري سي ٽي استعمال ڪندي حاصل ڪيل ڪيٽالسٽ پرت جي ٽي-dimensional structure ۽ ڪيٽالسٽ ذرڙن جي ورڇ. اسڪيل بار: 10 µm. b مٿيون 2: BOT ۽ EOT ڪيٽالسٽ جي ڪيٿوڊ پرتن جون HAADF-STEM تصويرون. اسڪيل بار: 1 µm. هيٺيون 2: EOT ڪيٽالسٽ جي ڪيٿوڊ پرت جون وڌايل HADF-STEM ۽ EDX تصويرون. اسڪيل بار: 100 nm. c BOT ۽ EOT ڪيٿوڊ نمونن جا ايڪس ري ڊفرڪشن نمونا. d 0.1 M KOH ۾ Bi2O3 اليڪٽروڊ جو ان سيٽو ايڪس ري جذب اسپيڪٽرا امڪاني ڪم جي طور تي (0.8 V کان -1.5 V بمقابله RHE).
فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊشن کي روڪي توانائي جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ ڪهڙا موقعا موجود آهن، اهو طئي ڪرڻ لاءِ ته وولٽيج نقصان جي حصي کي سڃاڻڻ لاءِ هڪ H2 ريفرنس اليڪٽروڊ استعمال ڪيو ويو 39. موجوده کثافت 500 mA/cm2 کان گهٽ تي، ڪيٿوڊ پوٽينشل -1.25 V کان هيٺ رهي ٿو. انوڊڪ پوٽينشل کي ٻن مکيه حصن ۾ ورهايو ويو آهي: ايڪسچينج ڪرنٽ ڊينسٽي HOR ۽ نظرياتي اوور وولٽيج HOR 40 جيڪو اڳ ۾ ماپيل بلٽر-وولمر مساوات پاران پيش ڪيو ويو آهي، ۽ باقي حصو آڪسائيڊيشن فارمڪ ايسڊ جي ڪري آهي. HOR41 جي مقابلي ۾ تمام سست رد عمل جي حرڪيات جي ڪري، انوڊ تي فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊيشن رد عمل جي ننڍڙي شرح انوڊڪ پوٽينشل ۾ اهم واڌ جو سبب بڻجي سگهي ٿي. نتيجا ڏيکارين ٿا ته فارمڪ ايسڊ انوڊڪ آڪسائيڊشن جي مڪمل روڪٿام تقريبن 500 mV اوور وولٽيج کي ختم ڪري سگهي ٿي.
هن اندازي کي جانچڻ لاءِ، اينوڊ انليٽ تي ڊيونائيزڊ پاڻي (DI) جي وهڪري جي شرح کي مختلف ڪيو ويو ته جيئن ايفلوئنٽ فارمڪ ايسڊ جي ڪنسنٽريشن کي گهٽائي سگهجي. شڪل 6b ۽ c 200 mA/cm2 تي اينوڊ تي DI فلڪس جي ڪم جي طور تي FE، فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن، ۽ سيل وولٽيج ڏيکارين ٿا. جيئن ڊيونائيزڊ پاڻي جي وهڪري جي شرح 3.3 mL/منٽ کان 25 mL/منٽ تائين وڌي وئي، انوڊ تي فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن 0.27 mol/L کان گهٽجي 0.08 mol/L ٿي وئي. مقابلي ۾، Xia et al. 30 پاران تجويز ڪيل سينڊوچ structure کي استعمال ڪندي 200 mA/cm2 تي 1.8 mol/L جي فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن حاصل ڪئي وئي. ڪنسنٽريشن کي گهٽائڻ سان فارمڪ ايسڊ جي مجموعي FE کي بهتر بڻائي ٿو ۽ H2 جي FE کي گهٽائي ٿو ڇاڪاڻ ته فارمڪ ايسڊ جي پوئتي ڦهلاءَ ۾ گهٽتائي جي ڪري ڪيٿوڊ pH وڌيڪ الڪلائن ٿي ويندو آهي. وڌ ۾ وڌ DI وهڪري تي فارمڪ ايسڊ جي گھٽتائي پڻ عملي طور تي فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊشن کي ختم ڪري ڇڏيو، جنهن جي نتيجي ۾ 200 mA/cm2 تي ڪل سيل وولٽيج صرف 1.7 V کان گهٽ آهي. بيٽري جو گرمي پد مجموعي ڪارڪردگي کي به متاثر ڪري ٿو، ۽ نتيجا شڪل S10 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. جڏهن ته، PCEM تي ٻڌل آرڪيٽيڪچر فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊشن کي روڪڻ ۾ توانائي جي ڪارڪردگي کي خاص طور تي بهتر بڻائي سگهن ٿا، ڇا فارمڪ ايسڊ ڏانهن بهتر هائيڊروجن چونڊ سان اينوڊڪ ڪيٽالسٽ جي استعمال ذريعي يا ڊوائيس آپريشن ذريعي.
هڪ سيل وولٽيج بريڪ ڊائون جيڪو سيل ريفرنس H2 اليڪٽروڊ استعمال ڪندي 60 °C، Pt/C اينوڊ ۽ 80 µm AEM تي ڪم ڪري ٿو. b FE ۽ فارمڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن 200 mA/cm2 تي اينوڊڪ ڊيونائيزڊ پاڻي جي مختلف وهڪري جي شرحن کي استعمال ڪندي گڏ ڪيو ويو آهي. c جڏهن اينوڊ مختلف ڪنسنٽريشن ۾ فارمڪ ايسڊ گڏ ڪري ٿو، ته سيل وولٽيج 200 mA/cm2 آهي. ايرر بار ٽن مختلف ماپن جي معياري انحراف جي نمائندگي ڪن ٿا. d گهٽ ۾ گهٽ وڪرو قيمت مختلف ڊيونائيزڊ پاڻي جي وهڪري جي شرحن تي ڪارڪردگي جي لحاظ کان ٽوڙيل آهي جيڪا قومي صنعتي سراسري بجلي جي قيمتن US$0.068/kWh ۽ US$4.5/kg هائيڊروجن استعمال ڪندي آهي. (*: اينوڊ تي فارمڪ ايسڊ جي گھٽ ۾ گھٽ آڪسائيڊيشن حالت 10 M FA فرض ڪئي وئي آهي، قومي سراسري صنعتي بجلي جي قيمت $0.068/kWh آهي، ۽ هائيڊروجن $4.5/kg آهي. **: گھٽ ۾ گھٽ آڪسائيڊيشن حالت فارمڪ ايسڊ فرض ڪئي وئي آهي. اينوڊ تي FA جي ڪنسنٽريشن 1.3 M اينوڊ آهي، مستقبل ۾ بجلي جي متوقع قيمت $0.03/kWh آهي، ۽ ڊاٽ ٿيل لائن 85 wt% FA جي مارڪيٽ قيمت جي نمائندگي ڪري ٿي.
هڪ ٽيڪنو-اقتصادي تجزيو (TEA) ڪيو ويو ته جيئن مختلف آپريٽنگ حالتن هيٺ ايندھن جي اسيمبلين جي گھٽ ۾ گھٽ وڪرو قيمت حاصل ڪئي وڃي، جيئن شڪل 5d ۾ ڏيکاريل آهي. TEA لاءِ طريقا ۽ پس منظر ڊيٽا SI ۾ ملي سگھن ٿا. جڏهن اينوڊ ايگزاسٽ ۾ LC ڪنسنٽريشن وڌيڪ هوندو آهي، اعلي سيل وولٽيج جي باوجود، ايندھن جي اسيمبلي جي مجموعي قيمت الڳ ٿيڻ جي قيمت ۾ گهٽتائي جي ڪري گهٽجي ويندي آهي. جيڪڏهن فارمڪ ايسڊ جي اينوڊڪ آڪسائيڊيشن کي ڪيٽالسٽ ڊولپمينٽ يا اليڪٽرروڊ ٽيڪنالاجي ذريعي گهٽائي سگهجي ٿو، ته گهٽ سيل وولٽيج (1.66 V) ۽ اخراج ۾ وڌيڪ FA ڪنسنٽريشن (10 M) جو ميلاپ اليڪٽرو ڪيميڪل FA پيداوار جي قيمت کي 0.74 آمريڪي ڊالر / ڪلوگرام (بجلي جي بنياد تي) گهٽائي ڇڏيندو. قيمت) $0.068/kWh ۽ $4.5/kg هائيڊروجن42. ان کان علاوه، جڏهن قابل تجديد بجلي جي متوقع مستقبل جي قيمت $0.03/kWh ۽ هائيڊروجن $2.3/kg سان گڏ ڪئي ويندي آهي، ته FA جي گندي پاڻي جو هدف 1.3 ملين تائين گهٽجي ويندو آهي، جنهن جي نتيجي ۾ آخري متوقع پيداوار جي قيمت US$0.66/kg43 ٿيندي آهي. اهو موجوده مارڪيٽ جي قيمتن جي مقابلي ۾ آهي. اهڙيءَ طرح، مستقبل ۾ اليڪٽرروڊ مواد ۽ ڍانچي تي ڌيان ڏيڻ جون ڪوششون اينوڊائيزيشن کي وڌيڪ گهٽائي سگهن ٿيون جڏهن ته گهٽ سيل وولٽيج تي آپريشن کي وڌيڪ LC ڪنسنٽريشن پيدا ڪرڻ جي اجازت ڏين ٿيون.
خلاصو، اسان فارمڪ ايسڊ ۾ CO2 جي گھٽتائي لاءِ ڪيترن ئي صفر-گپ MEA structures جو مطالعو ڪيو آهي ۽ هڪ structure تجويز ڪئي آهي جنهن ۾ هڪ جامع فارورڊ-بائيزڊ بائيپولر جھلي شامل آهي جنهن ۾ هڪ سوراخ ٿيل ڪيشن ايڪسچينج جھلي (PECM) شامل آهي ته جيئن نتيجي ۾ فارمڪ ايسڊ لاءِ جھلي ماس ٽرانسفر انٽرفيس کي آسان بڻائي سگهجي. . هي ترتيب 0.25 M تائين ڪنسنٽريشن تي >96% فارمڪ ايسڊ پيدا ڪري ٿي (3.3 mL/min جي اينوڊ DI وهڪري جي شرح تي). وڌيڪ DI وهڪري جي شرح (25 mL/min) تي، هن ترتيب 25 cm2 سيل ايريا استعمال ڪندي 1.7 V تي 200 mA/cm2 جي 80% FE جي موجوده کثافت فراهم ڪئي. اعتدال پسند اينوڊڪ DI شرح (10 mL/min) تي، PECM ترتيب 200 mA/cm2 تي 55 ڪلاڪن جي جاچ لاءِ مستحڪم وولٽيج ۽ اعليٰ فارمڪ ايسڊ FE سطحن کي برقرار رکيو. تجارتي طور تي دستياب ڪيٽالسٽس ۽ پوليمرڪ جھلي جي مواد پاران حاصل ڪيل اعليٰ استحڪام ۽ چونڊ کي انهن کي بهتر ڪيل اليڪٽروڪيٽالسٽس سان گڏ ڪري وڌيڪ بهتر بڻائي سگهجي ٿو. ايندڙ ڪم آپريٽنگ حالتن، اينوڊ ڪيٽالسٽ سليڪٽيوٽي، ۽ فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊيشن کي گهٽائڻ لاءِ MEA structure کي ترتيب ڏيڻ تي ڌيان ڏيندو، جنهن جي نتيجي ۾ گهٽ سيل وولٽيج تي وڌيڪ مرڪوز ٿيل پاڻي نڪرندو. هتي پيش ڪيل فارمڪ ايسڊ لاءِ ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ استعمال ڪرڻ جو سادو طريقو اينولائيٽ ۽ ڪيٿولائيٽ چيمبرز، سينڊوچ اجزاء، ۽ خاص مواد جي ضرورت کي ختم ڪري ٿو، ان ڪري سيل توانائي جي ڪارڪردگي وڌائي ٿو ۽ سسٽم جي پيچيدگي کي گهٽائي ٿو، ان کي ماپڻ آسان بڻائي ٿو. تجويز ڪيل ترتيب ٽيڪنيڪل ۽ اقتصادي طور تي قابل عمل CO2 ڪنورشن پلانٽس جي مستقبل جي ترقي لاءِ هڪ پليٽ فارم فراهم ڪري ٿي.
جيستائين ٻي صورت ۾ نه چيو ويو هجي، سڀئي ڪيميڪل گريڊ مواد ۽ سالوينٽس وصول ٿيل طور تي استعمال ڪيا ويا. بسمٿ آڪسائيڊ ڪيٽيلسٽ (Bi2O3، 80 nm) يو ايس ريسرچ نانو ميٽيريلز، انڪارپوريشن کان خريد ڪيو ويو. پوليمر پائوڊر (AP1-CNN8-00-X) IONOMR پاران مهيا ڪيو ويو. Omnisolv® برانڊ N-propanol (nPA) ۽ الٽرا پيور پاڻي (18.2 Ω، Milli–Q® Advantage A10 پاڻي صاف ڪرڻ وارو نظام) مليپور سگما کان خريد ڪيا ويا. ACS تصديق ٿيل ميٿانول ۽ ايسٽون ترتيب وار VWR ڪيميڪلز BDH® ۽ فشر ڪيميڪل کان خريد ڪيا ويا آهن. پوليمر پائوڊر کي وزن جي لحاظ کان 1:1 جي تناسب ۾ ايسٽون ۽ ميٿانول جي مرکب سان ملايو ويو ته جيئن 6.5 wt جي ڪنسنٽريشن سان پوليمر ڊسپريشن حاصل ڪري سگهجي. 30ml جار ۾ 20g Bi2O3، الٽرا پيور پاڻي، nPA ۽ آئنومر ڊسپريشن کي ملائي ڪيٽيلسٽڪ انڪ تيار ڪريو. ان مرکب ۾ 30 wt.% ڪيٽالسٽ، آئنومر ۽ ڪيٽالسٽ جو ماس تناسب 0.02 ۽ الڪوحل ۽ پاڻي جو ماس تناسب 2:3 (40 wt.% nPA) شامل هو. ملائڻ کان اڳ، مرکب ۾ 70 گرام گلين ملز 5mm زرڪونيا گرائنڊنگ مواد شامل ڪيو ويو. نمونن کي فشر برانڊ ™ ڊجيٽل بوتل رولر تي 26 ڪلاڪن لاءِ 80 rpm تي رکيو ويو. لاڳو ڪرڻ کان اڳ مس کي 20 منٽن تائين ويهڻ ڏيو. Bi2O3 مس کي Qualtech خودڪار ايپليڪٽر (QPI-AFA6800) تي 1/2″ x 16″ ليبارٽري وائر واؤنڊ ريفل (RD اسپيشلٽيز - 60 ميل قطر) استعمال ڪندي 22°C تي لاڳو ڪيو ويو. 5 mL ڪيٽالسٽڪ مس کي 7.5 x 8 انچ سگراسٽ 39 BB ڪاربن گيس ڊفيوژن ڪيريئر (فيول سيل اسٽوريج) تي راڊ جمع ڪرڻ ذريعي 55 ملي ميٽر / سيڪنڊ جي مقرر اوسط رفتار تي لاڳو ڪيو ويو. انهن ڪوٽيڊ اليڪٽروڊز کي تندور ۾ منتقل ڪريو ۽ 80 °C تي سڪيو. راڊ ڪوٽنگ جو عمل ۽ GDE ڪوٽنگ جون تصويرون شڪلون S4a ۽ b ۾ ڏيکاريل آهن. هڪ ايڪس ري فلوروسينس (XRF) اوزار (Fischerscope® XDV-SDD، Fischer-Technolgy Inc. USA) تصديق ڪئي ته ڪوٽيڊ GDE لوڊنگ 3.0 mg Bi2O3/cm2 هئي.
اينيون ايڪسچينج جھلي (AEM) ۽ سوراخ ٿيل CEM تي مشتمل جامع جھلي جي ترتيب لاءِ. 15 µm جي معمولي ٿولهه سان Nafion NC700 (Chemours، USA) کي CEM پرت طور استعمال ڪيو ويو. اينوڊڪ ڪيٽالسٽ کي سڌو سنئون FEM تي اسپري ڪيو ويو جنهن جو آئنومر ڪاربن تناسب 0.83 ۽ ڪوريج ايريا 25 cm2 هو. سپورٽ ٿيل پلاٽينم هڪ وڏي مٿاڇري واري علائقي سان (50 wt.% Pt/C، TEC 10E50E، TANAKA قيمتي ڌاتو) 0.25 mg Pt/cm2 جي لوڊنگ سان انوڊ ڪيٽالسٽ طور استعمال ڪيو ويو. Nafion D2020 (Ion Power، USA) کي ڪيٽالسٽ جي اينوڊ پرت لاءِ آئنومر طور استعمال ڪيو ويو. CEM پرفوريشن CEM فلم تي متوازي لائينون 3mm وقفن تي ڪٽڻ سان ڪئي ويندي آهي. پرفوريشن جي عمل جي تفصيل شڪل S12b ۽ c ۾ ڏيکاريل آهن. ايڪس ري ڪمپيوٽيڊ ٽوموگرافي استعمال ڪندي، اها تصديق ڪئي وئي ته سوراخ ڪرڻ جو فرق 32.6 μm هو، جيئن شڪل S12d ۽ e ۾ ڏيکاريل آهي. سيل اسيمبلي دوران، هڪ ڪيٽالسٽ-ڪوٽيڊ سوراخ ٿيل CEM جھلي 25 cm2 ٽوري پيپر تي رکيل هئي (5 wt% PTFE علاج ٿيل، فيول سيل اسٽور، USA). هڪ AEM جھلي (PiperION، Versogen، USA) 25، 40 يا 80 μm جي ٿولهه سان CEM جي مٿان ۽ پوءِ GDE ڪيٿوڊ تي رکيل هئي. AEM جھلي کي 7.5 × 7.5 سينٽي ميٽر جي ٽڪرن ۾ ڪٽيو ويو ته جيئن پوري وهڪري جي ميدان کي ڍڪي سگهجي ۽ اسيمبلي کان اڳ 1 M پوٽاشيم هائيڊروڪسائيڊ محلول ۾ رات جو ٻوڙي ڇڏيو وڃي. اينوڊ ۽ ڪيٿوڊ ٻئي PTFE اسپيسر استعمال ڪن ٿا جيڪي 18٪ جي بهترين GDE ڪمپريشن حاصل ڪرڻ لاءِ ڪافي ٿلها آهن. بيٽري اسيمبلي جي عمل جي تفصيل شڪل S12a ۾ ڏيکاريل آهن.
جاچ دوران، گڏ ٿيل سيل کي 60 °C (درجه حرارت جي انحصار جي مطالعي لاءِ 30، 60، ۽ 80 °C) تي برقرار رکيو ويو، جنهن ۾ 0.8 L/min هائيڊروجن گئس اينوڊ کي فراهم ڪئي وئي ۽ 2 L/min ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ ڪيٿوڊ کي فراهم ڪئي وئي. اينوڊڪ ۽ ڪيٿوڊڪ هوائي وهڪري ٻنهي کي 100٪ نسبتي نمي ۽ 259 kPa مطلق ڪيٿوڊڪ دٻاءُ تي نم ڪيو ويو. آپريشن دوران، ڪيٿوڊ گيس وهڪري کي 2 mL/min جي شرح سان 1 M KOH محلول سان ملايو ويو ته جيئن ڪيٿوڊ ڪيٽالسٽ بيڊ ۽ آئنڪ ڪنڊڪشن جي استعمال کي فروغ ڏئي سگهجي. اينوڊ تي فارمڪ ايسڊ کي هٽائڻ لاءِ 10 ml/min جي شرح سان اينوڊ گيس جي وهڪري کي ڊيونائيزڊ پاڻي سان ملايو. ڊوائيس جي ان پٽ ۽ آئوٽ پُٽ جي تفصيل شڪل S5 ۾ ڏيکاريل آهن. ڪيٿوڊ ايگزاسٽ گيس ۾ CO2 هوندو آهي ۽ CO ۽ H2 پيدا ڪندو آهي. پاڻي جي بخارات کي ڪنڊينسر ذريعي هٽايو ويندو آهي (گهٽ درجه حرارت گرمي ايڪسچينجر 2°C تي). باقي گئس گئس ٽائيمنگ تجزيي لاءِ گڏ ڪئي ويندي. اينوڊ جو وهڪرو پڻ گئس کان مائع کي الڳ ڪرڻ لاءِ ڪنڊينسر مان گذرندو. گندو پاڻي صاف شيشي ۾ گڏ ڪيو ويندو ۽ مائع ڪرونوميٽري استعمال ڪندي تجزيو ڪيو ويندو ته جيئن پيدا ٿيندڙ فارمڪ ايسڊ جو اندازو لڳائي سگهجي. اليڪٽررو ڪيميڪل ٽيسٽ گارمي پوٽينٽيو اسٽيٽ (حوالو نمبر 30K، گيمري، آمريڪا) استعمال ڪندي ڪيا ويا. پولرائيزيشن وکر کي ماپڻ کان اڳ، سيل کي 0 کان 250 mA/cm2 جي حد ۾ 4 ڀيرا ڪنڊيشن ڪيو ويو هو لڪير وولٽميٽري استعمال ڪندي 2.5 mA/cm2 جي اسڪين جي شرح سان. پولرائيزيشن وکر گيلوانوسٽٽڪ موڊ ۾ حاصل ڪيا ويا هئا جنهن ۾ سيل کي ڪيٿوڊ گئس ۽ اينولائيٽ مائع جي نموني وٺڻ کان اڳ 4 منٽن لاءِ هڪ خاص موجوده کثافت تي رکيو ويو هو.
اسان ڪيٿوڊ ۽ اينوڊڪ پوٽينشل کي الڳ ڪرڻ لاءِ MEA ۾ هڪ هائيڊروجن ريفرنس اليڪٽروڊ استعمال ڪندا آهيون. ريفرنس اليڪٽروڊ جي جوڙجڪ شڪل S6a ۾ ڏيکاريل آهي. MEA جھلي ۽ ريفرنس اليڪٽروڊ کي ڳنڍڻ لاءِ هڪ Nafion جھلي (Nafion 211، IonPower، USA) هڪ آئنڪ پل طور استعمال ڪئي وئي هئي. Nafion پٽي جو هڪ پاسو 1 cm2 گيس ڊفيوژن اليڪٽروڊ (GDE) سان ڳنڍيل هو جيڪو 0.25 mg Pt/cm2 (50 wt% Pt/C، TEC10E50E، TANAKA قيمتي ڌاتو) سان ڀريل هو جيڪو 29BC ڪاربن پيپر (فيول سيل اسٽور، USA) تي ڦاٽل هو. ). خاص پوليٿريٿرڪيٽون (PEEK) هارڊويئر گيس سيل ڪرڻ ۽ GDE ۽ Nafion پٽي جي وچ ۾ سٺي رابطي کي يقيني بڻائڻ لاءِ، ۽ ريفرنس اليڪٽروڊ کي فيول سيل هارڊويئر سان ڳنڍڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. Nafion پٽي جو ٻيو پاسو CEM بيٽري جي ٻاهر نڪرندڙ ڪنڊ سان ڳنڍيل آهي. شڪل S6b MEA سان ضم ٿيل ريفرنس اليڪٽروڊ جي ڪراس سيڪشن کي ڏيکاري ٿي.
ايگزاسٽ گيس ڪنڊينسر ۽ گيس-مائع جدا ڪندڙ مان گذرڻ کان پوءِ، گيس جا نمونا ڪيٿوڊ مان ورتا ويندا آهن. گڏ ڪيل گيس جو تجزيو گهٽ ۾ گهٽ ٽي ڀيرا 4900 مائڪرو جي سي (10 μm ماليڪيولر سيوي، ايجيلينٽ) استعمال ڪندي ڪيو ويو. نمونا انرٽ ملٽي ليئر ايلومينيم ورق گيس نموني جي ٿيلهين ۾ هڪ مخصوص وقت (30 سيڪنڊ) لاءِ گڏ ڪيا ويا ۽ دستي طور تي گڏ ڪرڻ جي ٻن ڪلاڪن اندر مائڪرو گيس ڪروميٽوگراف ۾ داخل ڪيا ويا. انجيڪشن جو گرمي پد 110 ° سي تي مقرر ڪيو ويو. ڪاربن مونو آڪسائيڊ (CO) ۽ هائيڊروجن (H2) کي گرم (105 ° سي) پريشر ٿيل (28 psi) 10 ميٽر MS5A ڪالم تي آرگن (ميٿيسن گيس-ميٿيسن پيورٽي) کي ڪيريئر گيس طور استعمال ڪندي الڳ ڪيو ويو. اهي ڪنيڪشن بلٽ ان ٿرمل ڪنڊڪٽيوٽي ڊيڪٽر (TCD) استعمال ڪندي ڳوليا ويا آهن. جي سي ڪروميٽوگرام ۽ CO ۽ H2 ڪيليبريشن وکر شڪل S7 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. مائع فارمڪ ايسڊ جا نمونا هڪ ​​مخصوص وقت (120 سيڪنڊ) لاءِ اينوڊ مان گڏ ڪيا ويا ۽ 0.22 μm PTFE سرنج فلٽر استعمال ڪندي 2 mL شيشي ۾ فلٽر ڪيا ويا. شيشي ۾ مائع شين جو تجزيو Agilent 1260 Infinity II bioinert هاءِ-پرفارمنس مائع ڪروميٽوگرافي (HPLC) سسٽم استعمال ڪندي ڪيو ويو، جنهن ۾ 20 μl نموني کي هڪ آٽو سمپلر (G5668A) ذريعي 4 mM سلفورڪ ايسڊ (H2SO4) جي موبائل فيز سان داخل ڪيو ويو. ) 0.6 ml/min (quaternary پمپ G5654A) جي وهڪري جي شرح تي. شين کي گرم (35°C، ڪالمن اوون G7116A) Aminex HPX-87H 300 × 7.8 mm (Bio-Rad) تي الڳ ڪيو ويو جيڪو مائڪرو گارڊ ڪيشن H گارڊ ڪالم کان اڳ هو. فارمڪ ايسڊ کي ڊاءِڊ ايري ڊيڪٽر (DAD) استعمال ڪندي ڳولهيو ويو. 210 nm جي موج ۽ 4 nm جي بينڊوڊٿ تي. HPL ڪروميٽوگرام ۽ فارمڪ ايسڊ معياري ڪيليبريشن وکر شڪل S7 ۾ ڏيکاريل آهن.
گئس جون شيون (CO ۽ H2) FE هيٺ ڏنل مساوات استعمال ڪندي ڳڻيون وينديون آهن، ۽ گئس جا ڪل مول مثالي گئس مساوات استعمال ڪندي ڳڻيا ويندا آهن:
انهن مان: \({n}_{i}\): هڪ اليڪٽرڪ ڪيميڪل ري ايڪشن ۾ اليڪٽرانن جو تعداد. \(F\): فيراڊي جو مستقل. \({C}_{i}\): HPLC مائع پيداوار جو ڪنسنٽريشن. \(V\): هڪ مقرر وقت تي گڏ ڪيل مائع نموني جو مقدار t. \(j\): موجوده کثافت. \(A\): اليڪٽرروڊ جو جاميٽري علائقو (25 cm2). \(t\): نموني جي وقت جي مدت. \(P\): مطلق دٻاءُ. \({x}_{i}\): گيس جو مول سيڪڙو GC پاران طئي ڪيو ويندو آهي. \(R\): گيس مستقل. \(T\): گرمي پد.
اينوڊڪ ڪيشنز جي ڪنسنٽريشن کي انڊڪٽو ڪوپلڊ پلازما ايٽامڪ ايميشن اسپيڪٽروسڪوپي (ICP-OES) استعمال ڪندي مقداري ڪيو ويو. ڪيشنز جيڪي اينوڊ ۾ ليچ يا ڊفيوز ٿي سگهن ٿا انهن ۾ Ti، Pt، Bi ۽ K شامل آهن. K جي استثنا سان، ٻيا سڀئي ڪيشنز ڳولڻ جي حد کان هيٺ هئا. حل ۾ آئن ٺاهيندا آهن جيڪي اينوڊ کي پروٽان يا ٻين ڪيشنز سان جوڙڻ لاءِ ڇڏيندا آهن. تنهن ڪري، فارمڪ ايسڊ جي پاڪائي جو حساب ڪري سگهجي ٿو جيئن
فارميٽ/ايف اي جي پيداوار هڪ خاص MEA ترتيب استعمال ڪندي استعمال ٿيندڙ بجلي جي في ڪلوواٽ ڪلاڪ جي پيداوار FA جي مقدار کي mol/kWh ۾ ظاهر ڪري ٿي. اهو مخصوص آپريٽنگ حالتن هيٺ موجوده کثافت، سيل وولٽيج ۽ فيراڊي ڪارڪردگي جي بنياد تي حساب ڪيو ويندو آهي.
مجموعي ماس بيلنس جي بنياد تي اينوڊ تي آڪسائيڊ ٿيل فارمڪ ايسڊ جي مقدار جو حساب لڳايو. ڪيٿوڊ تي ٽي مقابلي وارا رد عمل ٿين ٿا: هائيڊروجن ارتقا، CO2 جو CO ۾ گهٽتائي، ۽ CO2 جو فارمڪ ايسڊ ۾ گهٽتائي. ڇاڪاڻ ته اسان وٽ اينٽون ۾ فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊيشن جو عمل آهي، فارمڪ ايسڊ FE کي ٻن حصن ۾ ورهائي سگهجي ٿو: فارمڪ ايسڊ ڪليڪشن ۽ فارمڪ ايسڊ آڪسائيڊيشن. مجموعي ماس بيلنس کي هن طرح لکي سگهجي ٿو:
اسان HPLC پاران گڏ ڪيل فارمڪ ايسڊ، هائيڊروجن، ۽ CO جي مقدار کي ماپڻ لاءِ GC استعمال ڪيو. اهو نوٽ ڪرڻ گهرجي ته فارمڪ ايسڊ جو گهڻو حصو ضمني شڪل S5 ۾ ڏيکاريل سيٽ اپ استعمال ڪندي اينوڊ مان گڏ ڪيو ويو هو. ڪيٿوڊ چيمبر مان گڏ ڪيل فارميٽ جي مقدار غير معمولي آهي، تقريبن ٻه آرڊر شدت کان گهٽ، ۽ SC جي ڪل مقدار جي 0.5٪ کان گهٽ آهي.
هتي استعمال ٿيندڙ مسلسل ٽرانسپورٽ ماڊل ساڳئي نظامن تي پوئين ڪم تي ٻڌل آهي 34. پوئسن-نيرسٽ-پلانڪ (PNP) مساواتن جو هڪ جوڙيل نظام اليڪٽرانڪ ۽ آئنڪلي طور تي هلندڙ مرحلن ۾ پاڻي جي ڪنسنٽريشن ۽ اليڪٽرو اسٽيٽڪ صلاحيت کي طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. بنيادي مساواتن ۽ ماڊل جاميٽري جو تفصيلي جائزو SI ۾ ڏنو ويو آهي.
هي نظام اٺن آبي مادن جي ڪنسنٽريشن جو تعين ڪري ٿو (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}}}{{{{{{\rm{O}}}}}}}}}_{2 \left ({{{{{{\rm{aq}}}}}}}}\right)}\), \({{{{{{\rm{H}}}}}}^{+ }\), \ ({{{{{{\rm{O}}}}}}}}}^{-}\), \({{{{{{\rm{HCO}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{\rm{CO}}}}}}_{3}^{ 2-} \ ),\ ({{{{{{\rm{HCOOH}}}}}}}}}}}}}}^{- }\) ۽ \({{{{{{{\rm{K}}}}}^{+}}))، آئنڪ ڪنڊڪٽنگ فيز (\({\phi }_{I}\ )) ۽ اينوڊڪ ۽ ڪيٿوڊڪ اليڪٽران ڪنڊڪٽنگ ۾ اليڪٽرو اسٽيٽڪ پوٽينشل. مرحلن (\({\phi }_{A}\) ۽ \({\phi }_{C}\) ۾ اليڪٽرو اسٽيٽڪ پوٽينشل ترتيب وار). ان جي بدران، نه ته مقامي برقي غير جانبداري ۽ نه ئي چارج ورهائڻ جا ڪم حاصل ڪيا ويا آهن، خلائي چارج علائقي کي سڌو سنئون پوئسن جي مساوات استعمال ڪندي حل ڪيو ويو آهي؛ هي طريقو اسان کي CEM|AEM، CEM|Pore، ۽ AEM|Pore انٽرفيس تي ڊونن ريپلشن اثرات کي سڌو سنئون ماڊل ڪرڻ جي اجازت ڏئي ٿو. ان کان علاوه، پورس اليڪٽروڊ ٿيوري (PET) ڪيٽالسٽ جي اينوڊڪ ۽ ڪيٿوڊڪ پرتن ۾ چارج ٽرانسپورٽ کي بيان ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. ليکڪن جي بهترين ڄاڻ تائين، هي ڪم ڪيترن ئي خلائي چارج علائقن سان سسٽم ۾ PET جي پهرين ايپليڪيشن جي نمائندگي ڪري ٿو.
GDE BOT ۽ EOT ڪيٿوڊ نمونن کي Zeiss Xradia 800 Ultra استعمال ڪندي 8.0 keV ايڪس ري سورس، جذب ۽ وسيع فيلڊ موڊس، ۽ تصوير فيوزن سان آزمايو ويو. 901 تصويرون -90° کان 90° تائين 50 سيڪنڊن جي نمائش وقت سان گڏ ڪيون ويون. 64 nm جي ووڪسل سائيز سان هڪ بيڪ پروجيڪشن فلٽر استعمال ڪندي ٻيهر تعمير ڪئي وئي. خاص طور تي لکيل ڪوڊ استعمال ڪندي سيگمينٽيشن ۽ پارٽيڪل سائيز ورڇ جو تجزيو ڪيو ويو.
اليڪٽران مائڪروسڪوپڪ خاصيت ۾ هيرن جي چاقو سان الٽراٿن سيڪشننگ جي تياري ۾ ٽيسٽ MEAs کي ايپوڪسي رال ۾ شامل ڪرڻ شامل آهي. هر MEA جي ڪراس سيڪشن کي 50 کان 75 nm جي ٿولهه تائين ڪٽيو ويو. ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپ (STEM) ۽ توانائي-منتشر ايڪس ري اسپيڪٽرو اسڪوپي (EDS) ماپن کي اسڪين ڪرڻ لاءِ هڪ Talos F200X ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپ (Thermo Fisher Scientific) استعمال ڪيو ويو. مائڪروسڪوپ هڪ EDS Super-X سسٽم سان ليس آهي جنهن ۾ 4 ونڊو ليس SDD ڊيٽيڪٽر آهن ۽ 200 kV تي ڪم ڪن ٿا.
پاؤڊر ايڪس ري ڊفريڪشن پيٽرن (PXRD) هڪ بروڪر ايڊوانس D8 پاؤڊر ايڪس ري ڊفريڪٽوميٽر تي حاصل ڪيا ويا جنهن ۾ Ni-فلٽر ٿيل Cu Kα ريڊيئيشن 40 kV ۽ 40 mA تي ڪم ڪري رهيو هو. اسڪيننگ رينج 10° کان 60° تائين آهي، قدم جي ماپ 0.005° آهي، ۽ ڊيٽا حاصل ڪرڻ جي رفتار هر قدم ۾ 1 سيڪنڊ آهي.
Bi2O3 Bi L3 ڪيٽيلسٽ جي ڪناري تي RAS اسپيڪٽرم کي گھر ۾ ٺهيل سيل استعمال ڪندي امڪاني ڪم جي طور تي ماپيو ويو. Bi2O3 ڪيٽيلٽڪ آئنومر انڪ 26.1 ملي گرام Bi2O3 کي 156.3 μL آئنومر محلول (6.68٪) سان ملايو ويو ۽ 1 M KOH، پاڻي (157 μL) ۽ آئسوپروپيل الڪوحل (104 μL) سان غير جانبدار ڪيو ويو ته جيئن آئنومر انڪ حاصل ڪري سگهجي. ڪيٽيلسٽ ڪوفيشينٽ 0.4 آهي. مس کي مستطيل جڳهن (10×4 ملي ميٽر) ۾ گرافين شيٽ تي لاڳو ڪيو ويو جيستائين Bi2O3 ڪيٽيلسٽ لوڊنگ 0.5 mg/cm2 تائين نه پهچي. باقي گرافين شيٽ کي ڪپٽن سان ڍڪيل آهي ته جيئن انهن علائقن کي اليڪٽرولائٽ کان الڳ ڪري سگهجي. ڪيٽيلسٽ سان ڍڪيل گرافين شيٽ کي ٻن PTFEs جي وچ ۾ داخل ڪيو ويو ۽ اسڪرو سان سيل باڊي (PEEK) ۾ محفوظ ڪيو ويو، شڪل S8. Hg/HgO (1 M NaOH) ريفرنس اليڪٽروڊ طور ڪم ڪيو، ۽ ڪاربان پيپر ڪائونٽر اليڪٽروڊ طور ڪم ڪيو. Hg/HgO ريفرنس اليڪٽروڊ کي پلاٽينم تار استعمال ڪندي ڪيليبريٽ ڪيو ويو جيڪو هائيڊروجن-سيچوريٽريڊ 0.1 M KOH ۾ ٻڏي ويو هو ته جيئن سڀني ماپيل پوٽينشلز کي ريورسيبل هائيڊروجن اليڪٽروڊ (RHE) اسڪيل ۾ تبديل ڪري سگهجي. XRD اسپيڪٽرا 0.1 M KOH ۾ ٻڏي ويل Bi2O3/گرافين شيٽ ڪم ڪندڙ اليڪٽروڊ جي پوٽينشل جي نگراني ڪندي حاصل ڪيو ويو، جيڪو 30 °C تائين گرم ڪيو ويو. اليڪٽرولائيٽ بيٽري ۾ گردش ڪري ٿو، سيل جي تري ۾ اليڪٽرولائيٽ انليٽ ۽ مٿي آئوٽ ليٽ سان يقيني بڻائڻ لاءِ ته اليڪٽرولائيٽ ڪيٽالسٽ پرت سان رابطو ڪري جڏهن بلبل ٺهن ٿا. ڪم ڪندڙ اليڪٽرولائيٽ پوٽينشل کي ڪنٽرول ڪرڻ لاءِ هڪ CH انسٽرومينٽس 760e پوٽينٽيوسٽٽ استعمال ڪيو ويو. پوٽينشل تسلسل هڪ اوپن سرڪٽ پوٽينشل هو: -100، -200، -300، -400، -500، -800، -850، -900، -1000، -1100، -1500 ۽ +700 mV RHE تي منحصر آهي. سڀني iR پوٽينشلز کي ترتيب ڏنو ويو آهي.
Bi L3 ايج (~13424 eV بائي ميٽل لاءِ) ايڪس ري جذب فائن اسٽرڪچر (XAFS) اسپيڪٽروسڪوپي چينل 10-ID، ايڊوانسڊ فوٽون سورس (APS)، آرگون نيشنل فلوروسينس ليبارٽري تي ڪئي وئي. نيشنل ماڊل ماپ ليبارٽري. ايڪس ري توانائي کي ٽيون ڪرڻ لاءِ مائع نائٽروجن سان ٿڌو ٿيل ٻه-ڪرسٽل Si(111) مونوڪروميٽر استعمال ڪيو ويو، ۽ هارمونڪ مواد کي گھٽائڻ لاءِ هڪ روڊيم ڪوٽيڊ آئينو استعمال ڪيو ويو. اسڪين توانائيون 13200 کان 14400 eV تائين مختلف هيون، ۽ فلوروسينس کي فلٽر يا سولر سلٽس کان سواءِ 5 × 5 سلڪون پن ڊاءِوڊ ايري استعمال ڪندي ماپيو ويو. ٻئي ڊيريويٽو جي صفر ڪراسنگ توانائي کي Pt ورق جي L2 ايج ذريعي 13271.90 eV تي ڪيليبريٽ ڪيو ويو آهي. اليڪٽرڪ ڪيميڪل سيل جي ٿلهي جي ڪري، ريفرنس معيار جي اسپيڪٽرم کي هڪ ئي وقت ماپڻ ممڪن نه هو. اهڙيءَ طرح، سڄي تجربي دوران بار بار ماپن جي بنياد تي، واقعي ايڪس ري توانائي ۾ حساب ڪيل اسڪين کان اسڪين تبديلي ±0.015 eV آهي. Bi2O3 پرت جي ٿلهي فلوروسينس جي خود جذب جي هڪ خاص درجي جي طرف وٺي ٿي؛ اليڪٽروڊ واقعي بيم ۽ ڊيڪٽر جي نسبت هڪ مقرر رخ برقرار رکندا آهن، جنهن سان سڀئي اسڪين عملي طور تي هڪجهڙا ٿي ويندا آهن. ايٿينا سافٽ ويئر (ورزن 0.9.26) جي لڪير ميلاپ فٽنگ الگورتھم استعمال ڪندي XANES علائقي جي Bi ۽ Bi2O3 معيارن جي مقابلي ۾، نيئر فيلڊ XAFS اسپيڪٽرم کي آڪسائيڊيشن اسٽيٽ ۽ بسمٿ جي ڪيميائي شڪل کي طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو. ڪوڊ IFEFFIT 44 ذريعي.
هن مضمون ۾ ڏنل انگن اکرن ۽ هن مطالعي جي ٻين نتيجن جي حمايت ڪندڙ ڊيٽا لاڳاپيل ليکڪ کان مناسب درخواست تي دستياب آهي.
ڪرينڊل بي ايس، برڪس ٽي.، ويبر آر ايس ۽ جيائو ايف. گرين ميڊيا سپلائي چينز جو ٽيڪنو-اقتصادي جائزو H2. توانائي ٻارڻ 37، 1441-1450 (2023).
يونس ايم، رضاڪازمي ايم، ارباب ايم ايس، شاهه جي ۽ رحمان وي. گرين هائيڊروجن اسٽوريج ۽ پهچائڻ: انتهائي فعال هم جنس ۽ غير متفاوت ڪيٽالسٽ استعمال ڪندي فارمڪ ايسڊ جي ڊي هائيڊروجنيشن. بين الاقواميت. جي. گڊروگ. توانائي 47، 11694–11724 (2022).
ني، آر. وغيره. هيٽروجنيئس ٽرانزيشن ميٽل ڪيٽالسٽس تي فارمڪ ايسڊ جي ڪيٽيليٽڪ ٽرانسفر هائيڊروجنيشن ۾ تازي پيش رفت. AKS ڪيٽلاگ. 11، 1071–1095 (2021).
رحيمي، اي.، البرچ، اي.، ڪُهن، جي جي، ۽ اسٽال، ايس ايس فارمڪ ايسڊ-انڊسڊ ڊيپوليمرائيزيشن آف آڪسائيڊائزڊ ليگنين ٽو آروميٽيڊ مرڪب. نيچر 515، 249-252 (2014).
شولر اي. ۽ ٻيا. فارمڪ ايسڊ CO2 جي استعمال لاءِ هڪ اهم وچولي طور ڪم ڪري ٿو. سائو. ڪيميڪل. 24، 8227–8258 (2022).
زو، ايڇ. وغيره. ڪاربوهائيڊريٽ ۽ ليگنين مواد جي مجموعي واڌ لاءِ فلو-ٿرو فارمڪ ايسڊ استعمال ڪندي بايوماس جي تيز غير تباهي واري فريڪشنيشن (≤15 منٽ). ڪيمسٽري ۽ ڪيمسٽري 12، 1213-1221 (2019).
ڪيلوي، سي ايڇ ۽ ٻيا. ايڊاپٽو ليبارٽري ارتقائي معلومات انجنيئرنگ استعمال ڪندي فارميٽ تي ڪپرياويڊس نيڪيٽر H16 جي وڌندڙ واڌ. ميٽابولائٽس. انجنيئر. 75، 78-90 (2023).
ايشائي، او. ۽ لنڊنر، ايس اين گونزليز ڊي لا ڪروز، جي.، ٽيننبوئم، ايڇ. ۽ بار-ايون، اي. فارميٽ جي حياتياتي معاشيات. موجوده. راءِ. ڪيميڪل. حياتيات. 35، 1-9 (2016).