મિશ્ર એસિડમાં પરોપજીવી VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાઓના ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ અને અવરોધકો તરીકે ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ/ફુલેરીન પર આધારિત 304 કેશિલરી ટ્યુબ નેનોકોમ્પોઝીટ

Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.

સ્ટેનલેસ સ્ટીલ 304 કોઇલ ટ્યુબ કેમિકલ કમ્પોઝિશન

304 સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કોઇલ ટ્યુબ એ એક પ્રકારની ઓસ્ટેનિટિક ક્રોમિયમ-નિકલ એલોય છે.સ્ટેનલેસ સ્ટીલ 304 કોઇલ ટ્યુબ ઉત્પાદક અનુસાર, તેમાં મુખ્ય ઘટક Cr (17%-19%), અને Ni (8%-10.5%) છે.તેના કાટ સામે પ્રતિકાર સુધારવા માટે, Mn (2%) અને Si (0.75%) ની થોડી માત્રા છે.

સ્ટેનલેસ સ્ટીલ 304 કોઇલ ટ્યુબ યાંત્રિક ગુણધર્મો

304 સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કોઇલ ટ્યુબના યાંત્રિક ગુણધર્મો નીચે મુજબ છે:

• તાણ શક્તિ: ≥515MPa
• ઉપજ શક્તિ: ≥205MPa
• વિસ્તરણ: ≥30%

સ્ટેનલેસ સ્ટીલ 304 કોઇલ ટ્યુબની એપ્લિકેશન અને ઉપયોગો

વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી (VRFBs) ની પ્રમાણમાં ઊંચી કિંમત તેમના વ્યાપક ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.વીઆરએફબીની શક્તિ ઘનતા અને ઉર્જા કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓના ગતિશાસ્ત્રમાં સુધારો કરવો આવશ્યક છે, જેનાથી વીઆરએફબીની kWh કિંમતમાં ઘટાડો થાય છે.આ કાર્યમાં, હાઇડ્રોથર્મલી સંશ્લેષિત હાઇડ્રેટેડ ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (HWO) નેનોપાર્ટિકલ્સ, C76 અને C76/HWO, કાર્બન કાપડના ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર જમા કરવામાં આવ્યા હતા અને VO2+/VO2+ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા માટે ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ તરીકે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યા હતા.ફિલ્ડ એમિશન સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FESEM), એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDX), હાઇ-રિઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (HR-TEM), એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન (XRD), એક્સ-રે ફોટોઇલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XPS), ઇન્ફ્રારેડ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (FTIR) અને સંપર્ક કોણ માપન.એવું જાણવા મળ્યું છે કે HWO માં C76 ફુલેરીનનો ઉમેરો VO2+/VO2+ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાના સંદર્ભમાં ઇલેક્ટ્રોડના ગતિશાસ્ત્રને વધારી શકે છે અને તેની સપાટી પર ઓક્સિજન ધરાવતા કાર્યાત્મક જૂથો પ્રદાન કરીને વાહકતા વધારી શકે છે.HWO/C76 સંયુક્ત (50 wt% C76) સારવાર ન કરાયેલ કાર્બન કાપડ (UCC) માટે 365 mV ની સરખામણીમાં ΔEp ની 176 mV સાથે VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા માટે સૌથી યોગ્ય સાબિત થયું.વધુમાં, HWO/C76 સંયુક્ત એ W-OH કાર્યાત્મક જૂથોને કારણે પરોપજીવી ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયામાં નોંધપાત્ર અવરોધ દર્શાવ્યો હતો.
તીવ્ર માનવ પ્રવૃત્તિ અને ઝડપી ઔદ્યોગિક ક્રાંતિએ વીજળીની અણનમ ઊંચી માંગ તરફ દોરી છે, જે દર વર્ષે લગભગ 3%ના દરે વધી રહી છે.દાયકાઓથી, ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે અશ્મિભૂત ઇંધણના વ્યાપક ઉપયોગથી ગ્રીનહાઉસ ગેસનું ઉત્સર્જન થાય છે, જે ગ્લોબલ વોર્મિંગ, પાણી અને વાયુ પ્રદૂષણ તરફ દોરી જાય છે, જે સમગ્ર ઇકોસિસ્ટમને જોખમમાં મૂકે છે.પરિણામે, 2050 સુધીમાં સ્વચ્છ નવીનીકરણીય ઊર્જા અને સૌર ઊર્જાનો હિસ્સો કુલ વીજળીના 75% સુધી પહોંચવાનો અંદાજ છે.જો કે, જ્યારે નવીનીકરણીય ઉર્જાનું ઉત્પાદન કુલ વીજળી ઉત્પાદનના 20% કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે ગ્રીડ અસ્થિર બની જાય છે 1. કાર્યક્ષમ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીનો વિકાસ આ સંક્રમણ માટે મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે તેઓએ વધારાની વીજળીનો સંગ્રહ કરવો જોઈએ અને પુરવઠા અને માંગને સંતુલિત કરવી જોઈએ.
હાઇબ્રિડ વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરીઝ જેવી તમામ એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સમાં, તમામ વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી (VRFBs) તેમના ઘણા ફાયદાઓને કારણે સૌથી અદ્યતન છે3 અને લાંબા ગાળાના ઊર્જા સંગ્રહ (~30 વર્ષ) માટે શ્રેષ્ઠ ઉકેલ માનવામાં આવે છે.નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ 4.આ પાવર અને એનર્જી ડેન્સિટી, ઝડપી પ્રતિભાવ, લાંબુ આયુષ્ય અને લિ-આયન અને લીડ-એસિડ બેટરી માટે $93-140/kWh અને 279-420 USD/kWhની સરખામણીમાં $65/kWh ના પ્રમાણમાં ઓછા વાર્ષિક ખર્ચને કારણે છે./kWh બેટરી અનુક્રમે 4.
જો કે, તેમના વ્યાપક વ્યાપારીકરણને પ્રમાણમાં ઊંચા સિસ્ટમ મૂડી ખર્ચ દ્વારા અવરોધાય છે, મુખ્યત્વે બેટરી પેક્સ4,5ને કારણે.આમ, બે અર્ધ-સેલ પ્રતિક્રિયાઓના ગતિશાસ્ત્રને વધારીને બેટરીની કામગીરીમાં સુધારો કરવાથી બેટરીનું કદ ઘટાડી શકાય છે અને આ રીતે ખર્ચ ઘટાડી શકાય છે.તેથી, ઇલેક્ટ્રોડની ડિઝાઇન, રચના અને બંધારણના આધારે, ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર જરૂરી છે, જે કાળજીપૂર્વક ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું આવશ્યક છે.કાર્બન-આધારિત ઇલેક્ટ્રોડમાં સારી રાસાયણિક અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સ્થિરતા અને સારી વિદ્યુત વાહકતા હોવા છતાં, જો સારવાર ન કરવામાં આવે તો, ઓક્સિજન કાર્યાત્મક જૂથો અને હાઇડ્રોફિલિસિટી7,8ની ગેરહાજરીને કારણે તેમની ગતિશાસ્ત્ર ધીમી હશે.તેથી, વિવિધ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સને કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે જોડવામાં આવે છે, ખાસ કરીને કાર્બન નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ અને મેટલ ઓક્સાઇડ, બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સના ગતિશાસ્ત્રને સુધારવા માટે, ત્યાં VRFB ઇલેક્ટ્રોડ્સના ગતિશાસ્ત્રમાં વધારો થાય છે.
ઘણી કાર્બન સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, જેમ કે કાર્બન પેપર9, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ10,11,12,13, ગ્રાફીન આધારિત નેનોસ્ટ્રક્ચર 14,15,16,17, કાર્બન નેનોફાઈબર્સ 18 અને અન્ય19,20,21,22,23, ફૂલરીન પરિવાર સિવાય. .C76 પરના અમારા અગાઉના અભ્યાસમાં, અમે પ્રથમ વખત VO2+/VO2+ તરફ આ ફુલેરીનની ઉત્કૃષ્ટ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિની જાણ કરી હતી, હીટ-ટ્રીટેડ અને સારવાર ન કરાયેલ કાર્બન કાપડની તુલનામાં, ચાર્જ ટ્રાન્સફર પ્રતિકાર 99.5% અને 97%24 દ્વારા ઘટ્યો હતો.C76 ની સરખામણીમાં VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા માટે કાર્બન સામગ્રીનું ઉત્પ્રેરક પ્રદર્શન કોષ્ટક S1 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.બીજી બાજુ, CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 અને WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 જેવા ઘણા ધાતુના ઓક્સાઇડનો ઉપયોગ તેમની ભીનાશ અને ઉચ્ચ ઓક્સીજન્ય સામગ્રીને કારણે થાય છે.જૂથોકોષ્ટક S2 VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયામાં આ મેટલ ઓક્સાઇડનું ઉત્પ્રેરક પ્રદર્શન દર્શાવે છે.WO3 નો ઉપયોગ તેની ઓછી કિંમત, એસિડિક મીડિયામાં ઉચ્ચ સ્થિરતા અને ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિને કારણે નોંધપાત્ર સંખ્યામાં કાર્યોમાં કરવામાં આવ્યો છે31,32,33,34,35,36,37,38.જો કે, WO3 એ કેથોડ ગતિશાસ્ત્રમાં થોડો સુધારો દર્શાવ્યો હતો.WO3 ની વાહકતા સુધારવા માટે, સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પ્રવૃત્તિ પર ઘટાડેલા ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (W18O49) ના ઉપયોગની અસરનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું38.હાઇડ્રેટેડ ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (HWO) નું VRFB એપ્લીકેશનમાં ક્યારેય પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું નથી, જો કે તે નિર્જળ WOx39,40 ની તુલનામાં ઝડપી કેશન પ્રસરણને કારણે સુપરકેપેસિટર એપ્લિકેશન્સમાં ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે.ત્રીજી પેઢીની ઓલ-વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી બેટરીની કામગીરી સુધારવા અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં વેનેડિયમ આયનોની દ્રાવ્યતા અને સ્થિરતાને સુધારવા માટે HCl અને H2SO4 બનેલા મિશ્ર એસિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરે છે.જો કે, પરોપજીવી ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા એ ત્રીજી પેઢીના ગેરફાયદામાંનો એક બની ગયો છે, તેથી ક્લોરિન મૂલ્યાંકન પ્રતિક્રિયાને દબાવવાની રીતો શોધવી એ કેટલાક સંશોધન જૂથોનું કાર્ય બની ગયું છે.
અહીં, VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા પરીક્ષણો કાર્બન કાપડના ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર જમા કરાયેલ HWO/C76 સંયોજનો પર હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા, જેથી પરોપજીવી ક્લોરિન ડિપોઝિશનને દબાવીને ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર સંયોજનોની વિદ્યુત વાહકતા અને રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા ગતિવિજ્ઞાન વચ્ચે સંતુલન શોધી શકાય.પ્રતિક્રિયા (KVR).હાઇડ્રેટેડ ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (HWO) નેનોપાર્ટિકલ્સ એક સરળ હાઇડ્રોથર્મલ પદ્ધતિ દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા હતા.સગવડતા માટે ત્રીજી પેઢીના VRFB (G3) નું અનુકરણ કરવા અને પરોપજીવી ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા42 પર HWO ની અસરની તપાસ કરવા મિશ્ર એસિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (H2SO4/HCl) માં પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા.
વેનેડિયમ(IV) સલ્ફેટ ઓક્સાઇડ હાઇડ્રેટ (VOSO4, 99.9%, Alfa-Aeser), સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4), હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl), ડાયમેથાઇલફોર્માઇડ (DMF, સિગ્મા-આલ્ડ્રિચ), પોલિવિનાઇલિડેન ફ્લોરાઇડ (PVDF, સિગ્મા-એલ્ડ્રીચ), સોડિયમ આ અભ્યાસમાં ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ ડાયહાઇડ્રેટ (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) અને હાઇડ્રોફિલિક કાર્બન કાપડ ELAT (ફ્યુઅલ સેલ સ્ટોર) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
હાઇડ્રેટેડ ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (HWO) એક હાઇડ્રોથર્મલ પ્રતિક્રિયા દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું જેમાં 2 ગ્રામ Na2WO4 મીઠું 12 ml HO માં ઓગળવામાં આવતું હતું જ્યાં સુધી રંગહીન દ્રાવણ પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી 2 M HCl ના 12 ml ડ્રોપવાઇઝ ઉમેરવામાં આવે ત્યાં સુધી આછો પીળો સસ્પેન્શન. મેળવી હતી.સસ્પેન્શનહાઇડ્રોથર્મલ પ્રતિક્રિયા ટેફલોન કોટેડ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ ઓટોક્લેવમાં ઓવનમાં 180 ºC પર 3 કલાક માટે કરવામાં આવી હતી.અવશેષો ગાળણ દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવ્યા હતા, ઇથેનોલ અને પાણીથી 3 વખત ધોવાઇ ગયા હતા, 70°C પર ~3 કલાક માટે પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીમાં સૂકવવામાં આવ્યા હતા, અને પછી વાદળી-ગ્રે HWO પાવડર મેળવવા માટે ગ્રાઉન્ડ કરવામાં આવ્યા હતા.
પ્રાપ્ત (સારવાર ન કરાયેલ) કાર્બન ક્લોથ ઇલેક્ટ્રોડ્સ (સીસીટી) નો ઉપયોગ તે સ્વરૂપમાં કરવામાં આવ્યો હતો જેમાં તેઓને હવામાં 15°C/મિનિટના હીટિંગ દરે 10 કલાક માટે 450°C પર ટ્યુબ ફર્નેસમાં હીટ ટ્રીટમેન્ટ આપવામાં આવી હતી. સારવાર કરેલ UCC (TCC) મેળવો, s અગાઉના કામની જેમ જ 24. UCC અને TCC લગભગ 1.5 સેમી પહોળા અને 7 સેમી લાંબા ઇલેક્ટ્રોડમાં કાપવામાં આવ્યા હતા.C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 અને HWO-50% C76 ના સસ્પેન્શન ~1 ml માં PVDF બાઈન્ડરના 10 wt% (~2.22 mg) સક્રિય પદાર્થ પાવડર ઉમેરીને તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. એકરૂપતા સુધારવા માટે DMF માં તૈયાર અને 1 કલાક માટે sonicated.પછી 2 મિલિગ્રામ C76, HWO અને HWO-C76 સંયોજનો UCC સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ વિસ્તારના આશરે 1.5 cm2 પર લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા.બધા ઉત્પ્રેરક યુસીસી ઇલેક્ટ્રોડ પર લોડ કરવામાં આવ્યા હતા અને ટીસીસીનો ઉપયોગ માત્ર સરખામણીના હેતુઓ માટે કરવામાં આવ્યો હતો, કારણ કે અમારા અગાઉના કાર્યએ બતાવ્યું છે કે ગરમીની સારવારની જરૂર નથી 24.વધુ એકરૂપતા માટે 100 µl સસ્પેન્શન (લોડ 2 મિલિગ્રામ) બ્રશ કરીને ઇમ્પ્રેશન સેટલિંગ પ્રાપ્ત થયું હતું.પછી બધા ઇલેક્ટ્રોડને 60 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર રાતોરાત પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીમાં સૂકવવામાં આવ્યા હતા.ચોક્કસ સ્ટોક લોડિંગની ખાતરી કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પહેલા અને પછી માપવામાં આવે છે.ચોક્કસ ભૌમિતિક વિસ્તાર (~1.5 cm2) રાખવા અને રુધિરકેશિકા અસરને કારણે ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં વેનેડિયમ ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો વધારો અટકાવવા માટે, સક્રિય સામગ્રી પર પેરાફિનનો પાતળો સ્તર લાગુ કરવામાં આવ્યો હતો.
HWO સપાટીના મોર્ફોલોજીનું અવલોકન કરવા માટે ફિલ્ડ એમિશન સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60.5 kV) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) થી સજ્જ એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ UCC ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર HWO-50%C76 તત્વોને મેપ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.હાઇ રિઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (HR-TEM, JOEL JEM-2100) 200 kV ના પ્રવેગક વોલ્ટેજ પર કાર્યરત છે, જેનો ઉપયોગ HWO કણોની ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન છબીઓ અને વિવર્તન રિંગ્સ મેળવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.ringGUI ફંક્શનનો ઉપયોગ કરીને HWO ડિફ્રેક્શન રિંગ્સનું પૃથ્થકરણ કરવા માટે Crystallographic Tool Box (CrysTBox) સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરો અને XRD મોડલ્સ સાથે પરિણામોની સરખામણી કરો.UCC અને TCC નું માળખું અને ગ્રાફિટાઇઝેશન એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન (XRD) દ્વારા 5° થી 70° સુધીના સ્કેન દરે Cu Kα (λ = 1.54060 Å) દ્વારા પેનાલિટીકલ એક્સ-રે ડિફ્રેક્ટોમીટરનો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું.(મોડલ 3600).XRD HWO ના ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર અને તબક્કાઓ બતાવે છે.PANalytical X'Pert HighScore સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ HWO શિખરોને ડેટાબેઝ45 માં ઉપલબ્ધ ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ નકશા સાથે મેચ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.TEM પરિણામો સાથે HWO પરિણામોની સરખામણી કરો.HWO નમૂનાઓની રાસાયણિક રચના અને સ્થિતિ એક્સ-રે ફોટોઈલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (XPS, ESCALAB 250Xi, થર્મોસાયન્ટિફિક) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવી હતી.CASA-XPS સોફ્ટવેર (v 2.3.15) નો ઉપયોગ પીક ડીકોનવોલ્યુશન અને ડેટા વિશ્લેષણ માટે કરવામાં આવ્યો હતો.HWO અને HWO-50%C76 ના સપાટીના કાર્યાત્મક જૂથોને નિર્ધારિત કરવા માટે ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (એફટીઆઈઆર, પર્કિન એલ્મર વર્ગ KBr FTIR સ્પેક્ટ્રોમીટરનો ઉપયોગ કરીને) માપન કરવામાં આવ્યું હતું.XPS પરિણામો સાથે પરિણામોની તુલના કરો.કોન્ટેક્ટ એંગલ મેઝરમેન્ટ (KRUSS DSA25) નો ઉપયોગ પણ ઇલેક્ટ્રોડ્સની ભીનાશને દર્શાવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
તમામ વિદ્યુતરાસાયણિક માપન માટે, બાયોલોજિક એસપી 300 વર્કસ્ટેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.ચક્રીય વોલ્ટમેટ્રી (CV) અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઇમ્પિડન્સ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EIS) નો ઉપયોગ VO2+/VO2+ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોડ ગતિશાસ્ત્ર અને પ્રતિક્રિયા દર પર રીએજન્ટ પ્રસરણ (VOSO4 (VO2+)) ની અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.બંને તકનીકો 1 M H2SO4 + 1 M HCl (મિશ્ર એસિડ) માં ઓગળેલા 0.1 M VOSO4 (V4+) ની ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાંદ્રતા સાથે ત્રણ-ઇલેક્ટ્રોડ સેલનો ઉપયોગ કરે છે.પ્રસ્તુત તમામ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ડેટા IR સુધારેલ છે.સંતૃપ્ત કેલોમેલ ઇલેક્ટ્રોડ (SCE) અને પ્લેટિનમ (Pt) કોઇલનો અનુક્રમે સંદર્ભ અને કાઉન્ટર ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે ઉપયોગ થતો હતો.CV માટે, VO2+/VO2+ માટે SCE ની તુલનામાં સંભવિત વિન્ડો (0–1) V પર 5, 20, અને 50 mV/s સ્કેન રેટ (ν) લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા, પછી SHE સ્કેલ ટુ પ્લોટ (VSCE = 0.242) પર સુધારેલ હતા. HSE ને સંબંધિત V).ઇલેક્ટ્રોડ પ્રવૃત્તિની જાળવણીની તપાસ કરવા માટે, UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO અને UCC-HWO-50% C76 પર ν બરાબર 5 mV/s પર CV રિસાઇકલ કરવામાં આવ્યું હતું.VO2+/VO2+ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા માટે EIS માપન માટે, 0.01-105 Hz ની આવર્તન શ્રેણી અને 10 mV ની ઓપન સર્કિટ વોલ્ટેજ (OCV) વિક્ષેપનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.પરિણામોની સુસંગતતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે દરેક પ્રયોગને 2-3 વખત પુનરાવર્તિત કરવામાં આવ્યો હતો.વિજાતીય દર સ્થિરાંકો (k0) નિકોલ્સન પદ્ધતિ46,47 દ્વારા મેળવવામાં આવ્યા હતા.
હાઇડ્રેટેડ ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (HVO) નું હાઇડ્રોથર્મલ પદ્ધતિ દ્વારા સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે.ફિગ માં SEM છબી.1a બતાવે છે કે જમા કરાયેલ HWO માં 25-50 nm ની રેન્જમાં કણોના કદ સાથે નેનોપાર્ટિકલ્સના ક્લસ્ટરોનો સમાવેશ થાય છે.
HWO ની એક્સ-રે વિવર્તન પેટર્ન અનુક્રમે ~23.5° અને ~47.5° પર શિખરો (001) અને (002) દર્શાવે છે, જે નોનસ્ટોઇકિયોમેટ્રિક WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å ની લાક્ષણિકતા છે. b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°), જે તેના દેખીતા વાદળી રંગને અનુરૂપ છે (ફિગ. 1b)48,49.આશરે 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° અને 52.7° પરના અન્ય શિખરો (140), (620), (350), (720), (740), (560) પર છે.અને (970) વિવર્તન વિમાનો, અનુક્રમે, 49 ઓર્થોરોમ્બિક WO2.63.સોનગરા વગેરે.43 એ સફેદ ઉત્પાદન મેળવવા માટે સમાન કૃત્રિમ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો, જે WO3(H2O)0.333 ની હાજરીને આભારી છે.જો કે, આ કાર્યમાં, વિવિધ પરિસ્થિતિઓને લીધે, વાદળી-ગ્રે ઉત્પાદન પ્રાપ્ત થયું હતું, જે Å માં WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) નું સહઅસ્તિત્વ દર્શાવે છે. , α = β = γ = 90°) અને ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડનું ઘટેલું સ્વરૂપ.X'Pert HighScore સોફ્ટવેર સાથે અર્ધ-માત્રાત્મક વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84.W32O84 માં W6+ અને W4+ (1.67:1 W6+:W4+) હોવાથી, W6+ અને W4+ ની અંદાજિત સામગ્રી અનુક્રમે લગભગ 72% W6+ અને 28% W4+ છે.SEM છબીઓ, ન્યુક્લિયસ સ્તરે 1-સેકન્ડ XPS સ્પેક્ટ્રા, TEM છબીઓ, FTIR સ્પેક્ટ્રા અને C76 કણોના રમન સ્પેક્ટ્રા અમારા અગાઉના પેપર24 માં રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા.કવાડા એટ અલ.50,51 મુજબ, C76 ની એક્સ-રે વિવર્તન પેટર્ન ટોલ્યુએનને દૂર કર્યા પછી FCC ની મોનોક્લીનિક માળખું દર્શાવે છે.
ફિગ માં SEM છબીઓ.2a અને b HWO અને HWO-50%C76 નું UCC ઇલેક્ટ્રોડના કાર્બન તંતુઓ પર અને તેની વચ્ચે સફળ જુબાની દર્શાવે છે.ટંગસ્ટન, કાર્બન અને ઓક્સિજનનું એલિમેન્ટલ મેપિંગ ફિગ 2c માં SEM ઇમેજમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.2d–f દર્શાવે છે કે ટંગસ્ટન અને કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર સમાન રીતે મિશ્રિત છે (સમાન વિતરણ દર્શાવે છે) અને સંયુક્ત સમાનરૂપે જમા થયેલ નથી.વરસાદની પદ્ધતિની પ્રકૃતિને કારણે.
જમા કરાયેલ HWO કણો (a) અને HWO-C76 કણો (b) ની SEM છબીઓ.ઈમેજ (c) માં વિસ્તારનો ઉપયોગ કરીને UCC ખાતે HWO-C76 પર અપલોડ કરાયેલ EDX મેપિંગ નમૂનામાં ટંગસ્ટન (d), કાર્બન (e), અને ઓક્સિજન (f) નું વિતરણ દર્શાવે છે.
HR-TEM નો ઉપયોગ હાઇ મેગ્નિફિકેશન ઇમેજિંગ અને ક્રિસ્ટલોગ્રાફિક માહિતી માટે કરવામાં આવ્યો હતો (આકૃતિ 3).HWO આકૃતિ 3a અને આકૃતિ 3b માં વધુ સ્પષ્ટ રીતે બતાવ્યા પ્રમાણે નેનોક્યુબ મોર્ફોલોજી દર્શાવે છે.પસંદ કરેલ વિસ્તારના વિવર્તન માટે નેનોક્યુબને મેગ્નિફાઈ કરીને, બ્રેગના નિયમને સંતોષતા ગ્રેટિંગ માળખું અને વિવર્તન વિમાનો આકૃતિ 3c માં બતાવ્યા પ્રમાણે વિઝ્યુઅલાઈઝ કરી શકાય છે, જે સામગ્રીની સ્ફટિકીયતાને પુષ્ટિ આપે છે.આકૃતિ 3c ના ઇનસેટમાં અનુક્રમે WO3(H2O)0.333 અને W32O84, 43, 44, 49 તબક્કાઓમાં (022) અને (620) વિવર્તન વિમાનોને અનુરૂપ અંતર d 3.3 Å બતાવે છે.આ ઉપરોક્ત XRD વિશ્લેષણ (ફિગ. 1b) સાથે સુસંગત છે કારણ કે અવલોકન કરાયેલ ગ્રેટિંગ પ્લેન અંતર d (ફિગ. 3c) HWO નમૂનામાં સૌથી મજબૂત XRD શિખરને અનુરૂપ છે.સેમ્પલ રિંગ્સ પણ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે.3d, જ્યાં દરેક રિંગ અલગ પ્લેનને અનુલક્ષે છે.WO3(H2O)0.333 અને W32O84 પ્લેન અનુક્રમે સફેદ અને વાદળી રંગના છે, અને તેમના અનુરૂપ XRD શિખરો પણ આકૃતિ 1b માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.રીંગ પેટર્નમાં દર્શાવેલ પ્રથમ રીંગ (022) અથવા (620) વિવર્તન સમતલની એક્સ-રે પેટર્નમાં પ્રથમ ચિહ્નિત શિખરને અનુરૂપ છે.(022) થી (402) રિંગ્સ, 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 અને 1.69 Å નું ડી-અંતર મળી આવ્યું હતું, જે 3.30, 3.17, 2.45, 1.93 અને .1.66 ના XRD મૂલ્યો સાથે સુસંગત છે.Å, 44, 45, અનુક્રમે.
(a) HWO ની HR-TEM ઇમેજ, (b) એક મોટી છબી બતાવે છે.ગ્રેટિંગ પ્લેન્સની છબીઓ (c) માં બતાવવામાં આવી છે, અને ઇનસેટ (c) પ્લેનની વિસ્તૃત છબી અને (002) અને (620) પ્લેન્સને અનુરૂપ અંતરાલ d 0.33 nm દર્શાવે છે.(d) WO3(H2O)0.333 (સફેદ) અને W32O84 (વાદળી) તબક્કાઓ સાથે સંકળાયેલા વિમાનોને દર્શાવતી HWO રિંગ પેટર્ન.
ટંગસ્ટનની સપાટીની રસાયણશાસ્ત્ર અને ઓક્સિડેશન સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે XPS વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું (આંકડા S1 અને 4).સંશ્લેષિત HWO ના વિશાળ-શ્રેણી XPS સ્કેનનું સ્પેક્ટ્રમ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.S1, ટંગસ્ટનની હાજરી સૂચવે છે.મુખ્ય W 4f અને O 1s સ્તરોના XPS સાંકડા-સ્કેન સ્પેક્ટ્રા ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.4a અને b, અનુક્રમે.W 4f સ્પેક્ટ્રમ ઓક્સિડેશન સ્થિતિ W ની બંધનકર્તા ઊર્જાને અનુરૂપ બે સ્પિન-ઓર્બિટ ડબલ્સમાં વિભાજિત થયેલ છે. 37.8 અને 35.6 eV ની બંધનકર્તા ઊર્જા પર W 4f5/2 અને W 4f7/2 શિખરો W6+ સાથે સંબંધિત છે, અને શિખરો W. 36.6 અને 34.9 eV પર 4f5/2 અને W 4f7/2 અનુક્રમે W4+ સ્થિતિની લાક્ષણિકતા છે.ઓક્સિડેશન સ્થિતિ (W4+) ની હાજરી નોન-સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક WO2.63 ની વધુ પુષ્ટિ કરે છે, જ્યારે W6+ ની હાજરી WO3(H2O)0.333 ને કારણે સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક WO3 સૂચવે છે.ફીટ કરેલ ડેટા દર્શાવે છે કે W6+ અને W4+ ની અણુ ટકાવારી અનુક્રમે 85% અને 15% હતી, જે બે ટેક્નોલોજી વચ્ચેના તફાવતને જોતાં XRD ડેટામાંથી અંદાજિત મૂલ્યોની તુલનાત્મક રીતે નજીક હતી.બંને પદ્ધતિઓ ઓછી ચોકસાઈ સાથે માત્રાત્મક માહિતી પૂરી પાડે છે, ખાસ કરીને XRD.વધુમાં, બે પદ્ધતિઓ સામગ્રીના વિવિધ ભાગોનું વિશ્લેષણ કરે છે કારણ કે XRD એ બલ્ક પદ્ધતિ છે જ્યારે XPS એ સપાટી પદ્ધતિ છે જે માત્ર થોડા નેનોમીટર સુધી પહોંચે છે.O 1s સ્પેક્ટ્રમ 533 (22.2%) અને 530.4 eV (77.8%) પર બે શિખરોમાં વિભાજિત થાય છે.પ્રથમ OH ને અનુલક્ષે છે, અને બીજું WO માં જાળીમાં ઓક્સિજન બોન્ડને અનુરૂપ છે.OH કાર્યાત્મક જૂથોની હાજરી HWO ના હાઇડ્રેશન ગુણધર્મો સાથે સુસંગત છે.
હાઇડ્રેટેડ HWO માળખામાં કાર્યાત્મક જૂથો અને સંકલિત પાણીના અણુઓની હાજરીની તપાસ કરવા માટે આ બે નમૂનાઓ પર FTIR વિશ્લેષણ પણ કરવામાં આવ્યું હતું.પરિણામો દર્શાવે છે કે HWO ની હાજરીને કારણે HWO-50% C76 નમૂના અને FT-IR HWO પરિણામો એકસરખા દેખાય છે, પરંતુ પૃથક્કરણની તૈયારી દરમિયાન ઉપયોગમાં લેવાતા નમૂનાની વિવિધ માત્રાને કારણે શિખરોની તીવ્રતા અલગ પડે છે (ફિગ. 5a ).HWO-50% C76 ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ પીક સિવાય તમામ ફુલેરીન 24 શિખરો બતાવવામાં આવ્યા છે.અંજીરમાં વિગતવાર.5a બતાવે છે કે બંને નમૂનાઓ ~710/cm પર ખૂબ જ મજબૂત બ્રોડ બેન્ડ દર્શાવે છે, HWO જાળી માળખામાં OWO સ્ટ્રેચિંગ વાઇબ્રેશનને આભારી છે, અને ~840/cm પર મજબૂત ખભા, WO ને આભારી છે.~1610/cm પરનો શાર્પ બેન્ડ OH ના બેન્ડિંગ વાઇબ્રેશન સાથે સંબંધિત છે, અને ~3400/cm પરનો વ્યાપક શોષણ બેન્ડ હાઇડ્રોક્સિલ ગ્રુપ43માં OH ના સ્ટ્રેચિંગ વાઇબ્રેશન સાથે સંબંધિત છે.આ પરિણામો ફિગ. 4b માં XPS સ્પેક્ટ્રમ સાથે સુસંગત છે, જ્યાં WO કાર્યાત્મક જૂથ VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા માટે સક્રિય સાઇટ્સ પ્રદાન કરી શકે છે.
HWO અને HWO-50% C76 (a) નું FTIR વિશ્લેષણ કાર્યાત્મક જૂથો અને સંપર્ક કોણ માપન (b, c) દર્શાવે છે.
OH જૂથ VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાને પણ ઉત્પ્રેરિત કરી શકે છે, જેનાથી ઇલેક્ટ્રોડની હાઇડ્રોફિલિસિટી વધે છે, ત્યાંથી પ્રસરણ અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટને પ્રોત્સાહન મળે છે.આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે HWO-50% C76 નમૂના વધારાની C76 ટોચ દર્શાવે છે.~2905, 2375, 1705, 1607, અને 1445 cm3 પરના શિખરો અનુક્રમે CH, O=C=O, C=O, C=C અને CO સ્ટ્રેચિંગ સ્પંદનોને સોંપી શકાય છે.તે જાણીતું છે કે ઓક્સિજન કાર્યાત્મક જૂથો C=O અને CO વેનેડિયમની રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સક્રિય કેન્દ્રો તરીકે સેવા આપી શકે છે.બે ઇલેક્ટ્રોડની ભીનાશની ચકાસવા અને સરખામણી કરવા માટે, ફિગ. 5b, c માં બતાવ્યા પ્રમાણે સંપર્ક કોણ માપનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.HWO ઇલેક્ટ્રોડ તરત જ પાણીના ટીપાંને શોષી લે છે, જે ઉપલબ્ધ OH કાર્યાત્મક જૂથોને કારણે સુપરહાઇડ્રોફિલિસિટી દર્શાવે છે.HWO-50% C76 વધુ હાઇડ્રોફોબિક છે, 10 સેકન્ડ પછી લગભગ 135°ના સંપર્ક કોણ સાથે.જો કે, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ માપનમાં, HWO-50%C76 ઇલેક્ટ્રોડ એક મિનિટ કરતાં પણ ઓછા સમયમાં સંપૂર્ણપણે ભીનું થઈ ગયું હતું.વેટેબિલિટી માપન XPS અને FTIR પરિણામો સાથે સુસંગત છે, જે સૂચવે છે કે HWO સપાટી પર વધુ OH જૂથો તેને પ્રમાણમાં વધુ હાઇડ્રોફિલિક બનાવે છે.
HWO અને HWO-C76 નેનોકોમ્પોઝિટ્સની VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાઓનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું અને એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવી હતી કે HWO મિશ્ર એસિડમાં VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન થતા ક્લોરિન ગેસના ઉત્ક્રાંતિને દબાવી દેશે, જ્યારે C76 વધુ ઇચ્છિત VO2+/ VO2ને ઉત્પ્રેરિત કરશે.10%, 30% અને 50% C76 ધરાવતા HWO સસ્પેન્શન લગભગ 2 mg/cm2 ના કુલ ભાર સાથે UCC ઇલેક્ટ્રોડ પર લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા.
ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.6, મિશ્ર એસિડિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં CV નો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાના ગતિશાસ્ત્રની તપાસ કરવામાં આવી હતી.ΔEp અને Ipa/Ipc ની સરખામણી કરવા માટે કરંટ I/Ipa તરીકે બતાવવામાં આવે છે.વિવિધ ઉત્પ્રેરકો સીધા આકૃતિમાંથી મેળવવામાં આવે છે.વર્તમાન વિસ્તાર એકમ ડેટા આકૃતિ 2S માં દર્શાવેલ છે.અંજીર પર.આકૃતિ 6a બતાવે છે કે HWO ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર VO2+/VO2+ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર દરમાં થોડો વધારો કરે છે અને પરોપજીવી ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિની પ્રતિક્રિયાને દબાવી દે છે.જો કે, C76 નોંધપાત્ર રીતે ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટમાં વધારો કરે છે અને ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયાને ઉત્પ્રેરિત કરે છે.તેથી, HWO અને C76 ની યોગ્ય રચના સાથેના સંકુલમાં શ્રેષ્ઠ પ્રવૃત્તિ અને ક્લોરિન પ્રતિક્રિયાને અટકાવવાની ઉચ્ચતમ ક્ષમતા હોવી જોઈએ.એવું જાણવા મળ્યું હતું કે C76 સામગ્રીમાં વધારો કર્યા પછી, ઇલેક્ટ્રોડની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રવૃત્તિમાં સુધારો થયો છે, જેમ કે ΔEp માં ઘટાડો અને Ipa/Ipc રેશિયો (કોષ્ટક S3) માં વધારો દર્શાવે છે.ફિગ. 6d (કોષ્ટક S3) માં Nyquist પ્લોટમાંથી કાઢવામાં આવેલા RCT મૂલ્યો દ્વારા પણ આની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જ્યાં એવું જાણવા મળ્યું હતું કે C76 ની વધતી સામગ્રી સાથે RCT મૂલ્યોમાં ઘટાડો થયો છે.આ પરિણામો લીના અભ્યાસ સાથે પણ સુસંગત છે જેમાં મેસોપોરસ WO3 માં મેસોપોરસ કાર્બનનો ઉમેરો VO2+/VO2+35 પર ચાર્જ ટ્રાન્સફર ગતિશાસ્ત્રમાં સુધારો કરે છે.આ સૂચવે છે કે હકારાત્મક પ્રતિક્રિયા ઇલેક્ટ્રોડ (C=C બોન્ડ) 18,24,35,36,37 ની વાહકતા પર વધુ આધાર રાખે છે.[VO(H2O)5]2+ અને [VO2(H2O)4]+ વચ્ચેના સંકલન ભૂમિતિમાં ફેરફારને કારણે, C76 પણ પેશી ઊર્જા ઘટાડીને પ્રતિભાવ અતિશય તાણને ઘટાડી શકે છે.જો કે, HWO ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે આ શક્ય ન પણ બને.
(a) 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (ν = 5 mV/s પર) માં VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાઓમાં વિવિધ HWO:C76 ગુણોત્તર સાથે UCC અને HWO-C76 સંયોજનોનું ચક્રીય વોલ્ટમેટ્રિક વર્તન.(b) રેન્ડલ્સ-સેવચિક અને (c) પ્રસરણ કાર્યક્ષમતાનો અંદાજ કાઢવા અને k0 મૂલ્યો મેળવવા માટે નિકોલ્સનની VO2+/VO2+ પદ્ધતિ (d).
HWO-50% C76 એ VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા માટે C76 જેવી લગભગ સમાન ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક પ્રવૃત્તિ પ્રદર્શિત કરી હતી એટલું જ નહીં, પરંતુ, વધુ રસપ્રદ રીતે, તેણે C76 ની સરખામણીમાં ક્લોરિન ગેસના ઉત્ક્રાંતિને પણ દબાવી દીધું હતું, જેમ કે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.6a, અંજીરમાં નાનું અર્ધવર્તુળ બતાવવા ઉપરાંત.6g (નીચલા RCT).C76 એ HWO-50% C76 (કોષ્ટક S3) કરતા વધુ સ્પષ્ટ Ipa/Ipc દર્શાવ્યું હતું, જે સુધારેલ પ્રતિક્રિયાની ઉલટાવી શકાય તેવું નથી, પરંતુ SHE ની સરખામણીમાં 1.2 V પર ક્લોરિન ઘટાડા શિખર સાથે ઓવરલેપ થવાને કારણે.HWO-50% C76 નું શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શન નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઉચ્ચ વાહક C76 અને HWO પર W-OH ની ઉચ્ચ ભીની ક્ષમતા અને ઉત્પ્રેરક કાર્યક્ષમતા વચ્ચેના તાલમેલને આભારી છે.જ્યારે ઓછું ક્લોરિન ઉત્સર્જન સંપૂર્ણ સેલની ચાર્જિંગ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરશે, ત્યારે સુધારેલ ગતિશાસ્ત્ર સંપૂર્ણ સેલ વોલ્ટેજની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરશે.
સમીકરણ S1 મુજબ, પ્રસરણ દ્વારા નિયંત્રિત અર્ધ-ઉલટાવી શકાય તેવી (પ્રમાણમાં ધીમી ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર) પ્રતિક્રિયા માટે, પીક કરંટ (IP) ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા (n), ઇલેક્ટ્રોડ વિસ્તાર (A), પ્રસરણ ગુણાંક (D), સંખ્યા પર આધાર રાખે છે. ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર ગુણાંક (α) અને સ્કેનિંગ ઝડપ (ν).ચકાસાયેલ સામગ્રીના પ્રસરણ નિયંત્રિત વર્તનનો અભ્યાસ કરવા માટે, IP અને ν1/2 વચ્ચેના સંબંધને કાવતરું કરવામાં આવ્યું હતું અને ફિગ. 6b માં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું.બધી સામગ્રીઓ એક રેખીય સંબંધ દર્શાવે છે, તેથી પ્રતિક્રિયા પ્રસરણ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા અર્ધ-ઉલટાવી શકાય તેવી હોવાથી, રેખાનો ઢોળાવ પ્રસરણ ગુણાંક અને α (સમીકરણ S1) ની કિંમત પર આધાર રાખે છે.સતત પ્રસરણ ગુણાંક (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52 ને કારણે, રેખા ઢોળાવમાં તફાવત સીધો α ના વિવિધ મૂલ્યો સૂચવે છે અને તેથી C76 અને HWO -50 સાથે ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફરના વિવિધ દરો દર્શાવે છે. % C76, સૌથી વધુ ઢોળાવ (સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટ) દર્શાવે છે.
કોષ્ટક S3 (ફિગ. 6d) માં બતાવેલ ગણતરી કરેલ ઓછી-આવર્તન વોરબર્ગ ઢોળાવ (W) તમામ સામગ્રી માટે 1 ની નજીકના મૂલ્યો ધરાવે છે, જે રેડોક્સ કણોના સંપૂર્ણ પ્રસારને સૂચવે છે અને CV માટે IP વિરુદ્ધ ν1/2 ની રેખીય વર્તણૂકની પુષ્ટિ કરે છે.માપ .HWO-50% C76 માટે, વોરબર્ગ ઢોળાવ એકતાથી 1.32 સુધી વિચલિત થાય છે, જે માત્ર અર્ધ-અનંત પ્રસરણ (VO2+) ના અર્ધ-અનંત પ્રસરણથી જ નહીં, પણ ઇલેક્ટ્રોડ છિદ્રાળુતાને કારણે પ્રસરણ વર્તણૂકમાં સંભવતઃ પાતળા-સ્તરનું વર્તન સૂચવે છે.
VO2+/VO2+ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાની રિવર્સિબિલિટી (ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટ)નું વધુ વિશ્લેષણ કરવા માટે, નિકોલ્સન અર્ધ-ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિનો પણ પ્રમાણભૂત દર સ્થિર k041.42 નક્કી કરવા માટે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.આ S2 સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને ν−1/2 ના કાર્ય તરીકે ΔEp ના કાર્ય તરીકે પરિમાણહીન ગતિ પરિમાણ Ψ ને કાવતરું કરીને કરવામાં આવે છે.કોષ્ટક S4 દરેક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી માટે પરિણામી Ψ મૂલ્યો દર્શાવે છે.દરેક પ્લોટના ઢાળ માટે સમીકરણ S3 નો ઉપયોગ કરીને k0 × 104 cm/s (દરેક પંક્તિની બાજુમાં લખાયેલ અને કોષ્ટક S4 માં પ્રસ્તુત) મેળવવા માટે પરિણામો (આકૃતિ 6c) બનાવો.HWO-50% C76 સૌથી વધુ ઢાળ ધરાવે છે (ફિગ. 6c) અને તેથી સૌથી વધુ k0 મૂલ્ય 2.47 × 10–4 cm/s.આનો અર્થ એ છે કે આ ઇલેક્ટ્રોડ આકૃતિ 6a અને d અને કોષ્ટક S3 માં CV અને EIS પરિણામો સાથે સુસંગત સૌથી ઝડપી ગતિશાસ્ત્ર પ્રદાન કરે છે.વધુમાં, RCT મૂલ્યો (કોષ્ટક S3) નો ઉપયોગ કરીને સમીકરણ S4 ના Nyquist પ્લોટ (ફિગ. 6d) માંથી k0 મૂલ્યો પણ મેળવવામાં આવ્યા હતા.EIS ના આ k0 પરિણામો કોષ્ટક S4 માં સારાંશ આપેલ છે અને એ પણ દર્શાવે છે કે HWO-50% C76 સિનર્જિસ્ટિક અસરને કારણે સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટ દર્શાવે છે.દરેક પદ્ધતિના અલગ-અલગ મૂળના કારણે k0 નું મૂલ્ય અલગ-અલગ હોવા છતાં, તે હજી પણ સમાન ક્રમની તીવ્રતા દર્શાવે છે અને સુસંગતતા દર્શાવે છે.
પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવા ઉત્કૃષ્ટ ગતિશાસ્ત્રને સંપૂર્ણપણે સમજવા માટે, શ્રેષ્ઠ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીની અનઇન્સ્યુલેટેડ UCC અને TCC ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે સરખામણી કરવી મહત્વપૂર્ણ છે.VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા માટે, HWO-C76 એ માત્ર સૌથી નીચો ΔEp અને બહેતર રિવર્સિબિલિટી દર્શાવી નથી, પરંતુ TCC ની સરખામણીમાં પરોપજીવી ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયાને પણ નોંધપાત્ર રીતે દબાવી દીધી છે, જેમ કે OHA (ફિગ) ની તુલનામાં 1.45 V પર નોંધપાત્ર વર્તમાન ઘટાડો દર્શાવે છે. 7a).સ્થિરતાના સંદર્ભમાં, અમે ધાર્યું કે HWO-50% C76 ભૌતિક રીતે સ્થિર છે કારણ કે ઉત્પ્રેરકને PVDF બાઈન્ડર સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવ્યું હતું અને પછી કાર્બન કાપડના ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું.UCC માટે 50 mV ની સરખામણીમાં, HWO-50% C76 એ 150 ચક્ર (અધોગતિ દર 0.29 mV/ચક્ર) (આકૃતિ 7b) પછી 44 mV ની ટોચની શિફ્ટ દર્શાવી.તે કોઈ મોટો તફાવત ન હોઈ શકે, પરંતુ UCC ઇલેક્ટ્રોડ્સની ગતિશાસ્ત્ર ખૂબ જ ધીમી હોય છે અને સાયકલિંગ સાથે ડિગ્રેડ થાય છે, ખાસ કરીને પીઠની પ્રતિક્રિયા માટે.જો કે TCC ની ઉલટાવી શકાય તેવી UCC કરતા ઘણી સારી છે, TCC માં 150 ચક્ર પછી 73 mV ની મોટી શિખર શિફ્ટ હોવાનું જણાયું હતું, જે તેની સપાટી પરથી મોટા પ્રમાણમાં ક્લોરિન મુક્ત થવાને કારણે હોઈ શકે છે.ઉત્પ્રેરક ઇલેક્ટ્રોડ સપાટી પર સારી રીતે વળગી રહે છે તેની ખાતરી કરવા માટે.પરીક્ષણ કરાયેલા તમામ ઈલેક્ટ્રોડ્સ પર જોઈ શકાય છે તેમ, સમર્થિત ઉત્પ્રેરક વિનાના લોકો પણ સાયકલિંગની અસ્થિરતાના વિવિધ અંશો દર્શાવે છે, જે સૂચવે છે કે સાયકલિંગ દરમિયાન પીક વિભાજનમાં ફેરફાર ઉત્પ્રેરક વિભાજનને બદલે રાસાયણિક ફેરફારોને કારણે સામગ્રીના નિષ્ક્રિયકરણને કારણે છે.ઉપરાંત, જો ઉત્પ્રેરક કણોની મોટી માત્રા ઇલેક્ટ્રોડ સપાટીથી અલગ કરવામાં આવે, તો આનાથી ટોચના વિભાજનમાં નોંધપાત્ર વધારો થશે (માત્ર 44 mV દ્વારા નહીં), કારણ કે સબસ્ટ્રેટ (UCC) VO2+/VO2+ માટે પ્રમાણમાં નિષ્ક્રિય છે. રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા.
CV (a) ની સરખામણી અને CCC ના સંદર્ભમાં શ્રેષ્ઠ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીની રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા VO2+/VO2+ (b) ની સ્થિરતા.ઇલેક્ટ્રોલાઇટ 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl માં, બધા CV ν = 5 mV/s બરાબર છે.
VRFB ટેક્નોલોજીના આર્થિક આકર્ષણને વધારવા માટે, ઉચ્ચ ઉર્જા કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરવા માટે વેનેડિયમ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાના ગતિશાસ્ત્રને સુધારવા અને સમજવું જરૂરી છે.સંયુક્ત HWO-C76 તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા અને VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા પર તેમની ઇલેક્ટ્રોકેટાલિટીક અસરનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.HWO એ થોડી ગતિશીલ વૃદ્ધિ દર્શાવી પરંતુ મિશ્ર એસિડિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ક્લોરિન ઉત્ક્રાંતિને નોંધપાત્ર રીતે દબાવી દીધી.HWO:C76 ના વિવિધ ગુણોત્તરોનો ઉપયોગ HWO-આધારિત ઇલેક્ટ્રોડ્સના ગતિશાસ્ત્રને વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.HWO માં C76 ની સામગ્રીને વધારવાથી સંશોધિત ઇલેક્ટ્રોડ પર VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયાના ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર ગતિશાસ્ત્રમાં સુધારો થઈ શકે છે, જેમાંથી HWO-50% C76 શ્રેષ્ઠ સામગ્રી છે કારણ કે તે ચાર્જ ટ્રાન્સફર પ્રતિકાર ઘટાડે છે અને ક્લોરીન ગેસ ઉત્ક્રાંતિને વધુ દબાવી દે છે. C76.અને TCC બહાર પાડવામાં આવે છે.આ C=C sp2 હાઇબ્રિડાઇઝેશન, OH અને W-OH કાર્યાત્મક જૂથો વચ્ચેની સિનર્જિસ્ટિક અસરને કારણે હતું.HWO-50% C76 નો અધોગતિ દર બહુવિધ સાયકલિંગ હેઠળ 0.29mV/ચક્ર હોવાનું જણાયું હતું જ્યારે UCC અને TCC અનુક્રમે 0.33mV/ચક્ર અને 0.49mV/ચક્ર છે, જે તેને મિશ્ર એસિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં ખૂબ જ સ્થિર બનાવે છે.પ્રસ્તુત પરિણામો ઝડપી ગતિશાસ્ત્ર અને ઉચ્ચ સ્થિરતા સાથે VO2+/VO2+ પ્રતિક્રિયા માટે ઉચ્ચ પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીને સફળતાપૂર્વક ઓળખે છે.આનાથી આઉટપુટ વોલ્ટેજ વધશે, જેનાથી VRFB ની પાવર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થશે, જેનાથી તેના ભાવિ વ્યાપારીકરણની કિંમતમાં ઘટાડો થશે.
વર્તમાન અભ્યાસમાં વપરાયેલ અને/અથવા વિશ્લેષણ કરાયેલ ડેટાસેટ્સ સંબંધિત લેખકો પાસેથી વ્યાજબી વિનંતી પર ઉપલબ્ધ છે.
લુડેરર જી. એટ અલ.વૈશ્વિક લો-કાર્બન એનર્જી સિનારિયોમાં પવન અને સૌર ઉર્જાનો અંદાજ: એક પરિચય.એનર્જી ઇકોનોમિક્સ.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
લી, એચજે, પાર્ક, એસ. અને કિમ, એચ. વેનેડિયમ મેંગેનીઝ રેડોક્સ ફ્લો બેટરીના પ્રદર્શન પર MnO2 ડિપોઝિશનની અસરનું વિશ્લેષણ.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
શાહ, એએ, ટંગીરાલા, આર., સિંઘ, આર., વિલ્સ, આરજીએ અને વોલ્શ, ઓલ-વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી માટે એફકે ડાયનેમિક યુનિટ સેલ મોડેલ.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, અને Mench, MM ઓલ-વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી માટે ઇન-સીટુ સંભવિત વિતરણ માપન અને ચકાસણી મોડેલ.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
સુશિમા, એસ. અને સુઝુકી, ટી. ઇલેક્ટ્રોડ સ્ટ્રક્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે ઇન્ટરડિજિટેટેડ ફ્લક્સ ફીલ્ડ સાથે વેનેડિયમ રેડોક્સ બેટરીનું મોડેલિંગ અને સિમ્યુલેશન.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
સન, બી. અને સ્કિલાસ-કાઝાકોસ, એમ. વેનેડિયમ રેડોક્સ બેટરીમાં એપ્લિકેશન માટે ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડ મટિરિયલ્સમાં ફેરફાર - I. હીટ ટ્રીટમેન્ટ.ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રીએક્ટા 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
લિયુ, ટી., લી, એસ., ઝાંગ, એચ., અને ચેન, જે. વેનેડિયમ ફ્લો બેટરી (વીએફબી) માં પાવર ડેન્સિટી સુધારવા માટે ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીમાં આગળ વધે છે.જે. એનર્જી કેમિસ્ટ્રી.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
લિયુ, ક્યુએચ એટ અલ.ઑપ્ટિમાઇઝ ઇલેક્ટ્રોડ રૂપરેખાંકન અને પટલ પસંદગી સાથે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો સેલ.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
વેઇ, જી., જિયા, કે., લિયુ, જે., અને યાંગ, કે. કાર્બન સાથેના સંયુક્ત કાર્બન નેનોટ્યુબ ઉત્પ્રેરક ઇલેક્ટ્રોડ્સ વેનેડિયમ રેડોક્સ બેટરી એપ્લિકેશન્સ માટે સપોર્ટ કરે છે.જે. પાવર સપ્લાય.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
મૂન, એસ., ક્વોન, બીવી, ચાંગ, વાય. અને ક્વોન, વાય. વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરીના પ્રદર્શન પર એસિડિફાઇડ CNTs પર જમા થયેલ બિસ્મથ સલ્ફેટની અસર.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
હુઆંગ, આર.-એચ.રાહ જુઓવેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરીઓ માટે પ્લેટિનમ/મલ્ટિ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ સાથે સંશોધિત સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ્સ.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
પરંતુ, એસ. એટ અલ.વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી ઓર્ગેનોમેટાલિક સ્કેફોલ્ડ્સમાંથી મેળવેલા નાઇટ્રોજન-ડોપ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબથી શણગારેલા ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટનો ઉપયોગ કરે છે.જે. ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રી.સમાજ165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
ખાન, પી. એટ અલ.વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરીઓ માટે VO2+/ અને V2+/V3+ રેડોક્સ યુગલો માટે ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલી સક્રિય સામગ્રી તરીકે ગ્રેફિન ઓક્સાઇડ નેનોશીટ્સ.કાર્બન 49(2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
ગોન્ઝાલેઝ, ઝેડ એટ અલ.વેનેડિયમ રેડોક્સ બેટરીઓ માટે ગ્રેફાઇન-સંશોધિત ગ્રેફાઇટનું ઉત્કૃષ્ટ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન.જે. પાવર સપ્લાય.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
ગોન્ઝાલેઝ ઝેડ., વિઝિરિયાનુ એસ., ડિનેસ્કુ જી., બ્લેન્કો એસ. અને સેન્ટામરિયા આર. કાર્બન નેનોવોલ ફિલ્મો વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરીમાં નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે.નેનો એનર્જી 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J., અને Yung H. ઉચ્ચ-પ્રદર્શન વેનેડિયમ રેડોક્સ ફ્લો બેટરી માટે ત્રિ-પરિમાણીય ગ્રાફીન-સંશોધિત મેસોપોરસ કાર્બન લાગ્યું.ઇલેક્ટ્રોકેમિસ્ટ્રીએક્ટ 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).