مقالة منهجية

تطبيق الضغط الديناميكي على أفلام أكسيد رقيقة شل على سبائك النيكل التيتانيوم الزائفة

DOI:

10.3791/61410

⸱

يوليو 28, 2020

 ,  ,  ,  , 
1Chemical and Nanoscience Center, National Renewable Energy Laboratory, 2Catalytic Carbon Transformation and Scale-Up Center, National Renewable Energy Laboratory, 3Biosciences Center, National Renewable Energy Laboratory

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم تطبيق ديناميكية، سلالة الشد على تي أو2 رقيقة للأفلام لدراسة آثار الضغط على كتركاتل، والحد من البروتون على وجه التحديد وأكسدة المياه. يتم إعداد أفلام TiO2 من خلال المعالجة الحرارية لسبائك NiTi الزائفة المرنة (Nitinol).

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التغيير المباشر لهيكل / وظيفة المادية من خلال سلالة هو مجال متزايد من البحوث التي سمحت لخصائص جديدة للمواد في الظهور. ويمكن تحقيق هيكل المواد ضبط عن طريق السيطرة على قوة خارجية المفروضة على المواد والحث على الردود الإجهاد الإجهاد (أي، وتطبيق سلالة ديناميكية). وعادة ما تترسب الأفلام الكهربائية رقيقة على شكل أو حجم tunable ركائز مرنة، حيث التحميل الميكانيكية (أي، ضغط أو التوتر) يمكن أن تؤثر على بنية الفيلم وظيفة من خلال الضغط المفروضة. هنا، ونحن تلخيص أساليب لجهد ن من نوع ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) الأفلام التي أعدتها المعالجة الحرارية من سبيكة النيكل التيتانيوم مرنة الزائفة (نيتينول). والغرض الرئيسي من الطرق المذكورة هو دراسة كيفية تأثير الإجهاد على الأنشطة الكهركتروكاتية لأكسيد المعادن، وعلى وجه التحديد تطور الهيدروجين والتفاعلات تطور الأكسجين. ويمكن تكييف نفس النظام لدراسة تأثير سلالة على نطاق أوسع. يمكن تطبيق هندسة سلالة لتحسين وظيفة المواد، وكذلك لتصميم قابل للتعديل، متعددة الوظائف (الصورة) المواد الكهربائية تحت السيطرة الخارجية الإجهاد.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد اعترف على نطاق واسع القدرة على تغيير التفاعل السطحي للمواد الحفازة عن طريق إدخال سلالة1،2،3. يمكن إدخال آثار سلالة في المواد البلورية إما عن طريق تعديل بنية المواد (سلالة ثابتة)أو عن طريق تطبيق قوة خارجية متغيرة (سلالة ديناميكية). في المواد البلورية، يمكن إدخال سلالة ثابتة من المنشطات4،دي سبيكة5،,6،الضم7،نمو الظهارية على شعرية الكريستال غيرمتطابقة 2 أو حجم الحبس2،,3. في المواد البوليبلورية، يمكن أن تحدث سلالة داخل حدود الحبوب بسبب التوأمة الكريستال8. يتطلب تحديد الدرجة المثلى من السلالة الساكنة مع بنيات المواد تصميم عينة جديدة لكل مستوى من السلالة المنفصلة ، والتي يمكن أن تكون مضيعة للوقت ومكلفة. وعلاوة على ذلك، وإدخال سلالة ثابتة غالبا ما يدخل الآثار الكيميائية أو يغاند9،10، مما يجعل من الصعب عزل مساهمة سلالة. تطبيق سلالة ديناميكية تسيطر عليها بدقة قوة خارجية يسمح ضبط منهجي من بنية المواد / علاقة وظيفة من أجل استكشاف مجموعة ديناميكية على مساحة سلالة دون إدخال تأثيرات أخرى.

لدراسة آثار الضغط الديناميكي على الكتروكات، يتم ترسيب المعادن أو أكاسيد المعادن على شكل مرن أو ركازات قابلة للتحلي بالحجم، مثل البوليمرات العضوية11،12،13،14،15 أوسبائك 16،17. تطبيقات الميكانيكية، الحرارية أو الكهربائية نتائج التحميل في الانحناء، الضغط، أو التوسع في الركيزة مرنة، مما يؤدي إلى مزيد من الضغط على استجابة الإجهاد على المواد الحفازة المودعة. حتى الآن، تم استغلال الهندسة المحفزة من خلال سلالة ديناميكية لضبط الأنشطة الكهربائية لمختلف المواد المعدنية وشبه الموصلة. وتشمل الأمثلة i) تفاعل تطور الهيدروجين (HER) على MoS2, Au, Pt, Ni, Cu, WC11,12,,14, ii) تفاعل تطور الأكسجين (OER) على NiOx16, سبائك الحديدالنيكل 18 و iii) تفاعل خفض الأكسجين (ORR) على Pt, Pd12,15,19,20.14 وفي معظم هذه التقارير، استخدمت البوليمرات العضوية، مثل الميثاكريلات المتعددة الميثيلات (PMMA)، كركائز مرنة. لقد أظهرنا سابقا تطبيق ركائز معدنية مرنة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ16 وسبائك نيتي فائقة المرونة /الشكل-الذاكرة (نيتينول17،21) لدراسات الإجهاد. كما تم استخدام النيتينول كركيزة مرنة لترسب الأفلام البلاتينية لـ ORR19 و ترسب مواد الكاثود البطارية لتخزين الطاقة22,23. نظرا لذاكرة الشكل وخصائص pseudoelastic، يمكن تشوه سبائك NiTi عن طريق تطبيق الحرارة المعتدلة19 أو سلالة الميكانيكية17، على التوالي. وعلى النقيض من ركائز مرنة العضوية، لا تتطلب الركائز الفلزية عادة ترسب المروجين التصاق، وهي موصلة للغاية ويمكن بسهولة أن تكون وظيفية. يستخدم النيتينول كبديل أكثر مرونة للفولاذ المقاوم للصدأ (SS). في حين يمكن أن تكون SS متوترة بشكل عكسي تصل إلى 0.2٪، يمكن أن يكون nitinol متوترة بشكل عكسي تصل إلى 7٪. نيتينول يدين خصائصه الفريدة إلى التحول البلورية الصلبة الدولة martensitic الذي يسمح للتشوهات المرنة الكبيرة24,25. كل من المواد المتاحة تجاريا في هندسه مختلفة (على سبيل المثال، رقائق، أسلاك، والينابيع). عندما شكلت في الينابيع المرنة, يمكن استخدام ركائز معدنية لدراسة آثار الضغط الديناميكي على كتركاتل دون الحاجة إلى أجهزة مكلفة16; ومع ذلك، تعريف استجابة الإجهاد- الإجهاد هو أكثر تحديا من هندسات أخرى.

في الدراسات التجريبية السابقة مع المحفزات المعادن الانتقالية، وقد نسبت التغيرات في أنشطة الأسطح الحفازة تحت الضغط إلى التغيرات في حيوية من مدارات د المعروفة بالعامية كنظرية d-band26. في المقابل، آثار الضغط على أكاسيد المعادن هو أكثر تعقيدا بكثير، كما أنه يمكن أن تؤثر bandgap، التنقل الناقل، وانتشار وتوزيع العيوب وحتى المباشرة / غير المباشرة التحولات21،27،28،2929،30،31. هنا نقدم بروتوكولات مفصلة لإعداد وتوصيف ن نوع تينو2 رقيقة الأفلام، فضلا عن بروتوكولات لدراسة الأنشطة الكهربائية من هذه الأفلام تحت tunable، سلالة الشد. ويمكن تطبيق نظام ما يعادل لدراسة الأنشطة الكهربائية من مواد مختلفة كدالة سلالة ديناميكية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد NiTi / تي أو2 أقطاب

  1. تلميع الكيميائية والميكانيكية من ركائز NiTi
    1. قطع احباط نيتي فائقة الزهية (0.05 ملم سمك) إلى 1 سم × 5 شرائط سم.
    2. عينة البولندية باستخدام 320-، 600- و 1200-حصى الصنفرة، ثم شطف مع الماء فائقة الخطورة (18.2 MΩ).
    3. عينة بولندية مع 1 ميكرومتر الماس، 0.25 ميكرومتر الماس، و 0.05 ميكرومتر الألومينا البولندية.
    4. بعد تلميع، sonicate لمدة 5 دقائق في الحمامات متتابعة من المياه فائقة الpure (18.2 MΩ)، ايزوبروبانول، الإيثانول، المياه فائقة الpure (18.2 MΩ)، ثم الجافة تحت النيتروجين (المذيبات العضوية المستخدمة كانت الصف الكاشف).
      تنبيه: المذيبات العضوية قابلة للاشتعال، يمكن أن تهيج الجلد والعينين، السامة إذا تم تناولها. استخدام بحذر في المناطق جيدة التهوية.
      ملاحظة: يجب التعامل مع الرقائق بلطف. يمكن أن يؤدي الانحناء المتكرر أو الالتواء إلى شقوق من نانو إلى ميكرو ، مما سيؤثر على خصائصه المرنة مما يقلل من آثار الضغط على الأنشطة الكهربائية.
  2. إعداد أفلام TiO2
    1. Oxidize Nics NiTi عن طريق وضع رقائق في فرن 500 درجة مئوية في ظل الظروف الهوائية (الشكل 1).
    2. لإعداد 50 نانومتر سميكة روتيل TiO2 الأفلام، احباطات نيتي الحرارة لمدة 30 دقيقة في 500 درجة مئوية. وسوف يؤدي أطول التدفئة في أفلام تيو2 سمكا. سوف يسبب التسخين تغيرا في لون السطح من الرمادي إلى الأزرق / الأرجواني(الشكل 2).
  3. تطبيق الإجهاد الشد على NiTi / TiO2
    1. شريط المشبك بلطف (1 سم × 5 سم قطاع) في اختبار الميكانيكية(جدول المواد)مع 1 سم من احباط يتعرض في كل نهاية.
    2. سلالة عينات NiTi / TiO2 بمعدل 2 مم / دقيقة. الحفاظ على سلالة في المستوى المطلوب (0-3٪).
      ملاحظة: تمديد المتاحة 3 سم NiTi / TiO2 طوليا من 0.0 إلى 2.1 ملم يعتبر إجهاد من 0 إلى 7٪، والتي يمكن أن تحسب من قبل سلالة معادلة بسيطة=(l-ل0)/ل0 ، حيث ل0 هو الأولية ول طول النهائي من احباط يتعرض لسلالة الشد. نموذجي منحنى الإجهاد سلالة هو مبين في الشكل 3.
  4. لبدء القياسات الكهروكيميائية، قبل إجهاد احباط إلى 5 N (تؤخذ على أنها سلالة 0٪).
    ملاحظة: يؤدي الضغط المسبق الطفيف للرقائق إلى نتائج أكثر قابلية للاستنساخ.

2. إجراء القياسات الكهروكيميائية تحت الضغط

  1. تطبيق إجهاد الشد على القطب العامل
    1. لإجراء التجارب الكهروكيميائية تحت الضغط المطبقة، وتجميع الخلايا الكهروكيميائية حسب الطلب(الشكل 4 والشكل 5)فضفاضة حول رقائق NiTi /TiO2. تأكد من أن مركز احباط NiTi /TiO2 يتعرض عن طريق وضع الخلية بعناية في الوسط (الشكل 5).
    2. شد الخلية بلطف على العينة لإنشاء خلية حل ضيق للقياسات الكهروكيميائية.
    3. ملء مع المنحل بالكهرباء وتطهير الحل بلطف مع النيتروجين.
    4. زيادة سلالة إلى مستويات محددة، وعادة 0 إلى 3٪ في زيادات 0.5٪ وإجراء التجارب الكهروكيميائية لكل قيمة سلالة منفصلة.
    5. قبل كل تعديل سلالة، وتخفيف الخلية الكهروكيميائية حول نيجتي / تيو2 احباط، بحيث يمكن للعينة التحرك بحرية. ثم قم بإعادة تنظيم الخلية عن طريق شدها برفق على العينة وإعادة ملء الكهارل لإجراء القياسات الكهروكيميائية التالية.
      ملاحظة: تشديد وفك الخلية حول احباط NiTi / TiO2 من الواضح أكثر شاقة وتستغرق وقتا طويلا من العمل مع خلية تشديد مستمر من خلال التجارب. ومع ذلك، فإن هذا النهج يقلل من التجاعيد المحتملة من احباط NiTi/TiO2 مما يؤدي إلى النتائج الأكثر استنساخا وأعلى آثار سلالة.
  2. التوصيف الكهروكيميائي للإلكترود العامل المجهد
    1. كتجربة أولية، إجراء قياس فولتمكوس (CV) أو قياس فولتمتر (LSV)(الشكل 6A). ويمكن أن تشمل التوصيف الإضافي المعاوقة، التحليل الكهربائي، القياسات الكربونوميرومية، الخ.
    2. جمع القياسات الكهروكيميائية مع العينات المعرضة لتدرجات منفصلة، وزيادة مستويات السلالة (مثلا، من 0 إلى 3٪ في زيادات 0.5٪)، تليها تناقص تدريجي من سلالة تطبيقية (على سبيل المثال، من 3 إلى 0٪ في زيادات 0.5٪).
    3. جمع البيانات لدورات تجريبية متعددة (0% →3% →0%) لاختبار الاستقرار الميكانيكي للنظام وقابلية استنساخ البيانات.
    4. بدلا من ذلك، والحفاظ على احباط متوترة في كمية منفصلة من سلالة لفترات زمنية طويلة (على سبيل المثال، ساعات أو أيام) وإجراء التجارب الكهروكيميائية بشكل دوري (على سبيل المثال، قياس فولت) أو بشكل مستمر (مثل التحليل الكهربائي).
  3. تجاربها
    1. استخدام حامض الكبريتيك 0.5 M ككتروليت، Ag/AgCl (1 M NaCl) كإلكترود مرجعي، وسلك بلاتيني ملفوف (قطره 0.5 مم بطول 10 سم تقريبًا) كإلكترود مضاد.
      تنبيه: يسبب حمض الكبريتيك حروقًا شديدة في الجلد وتلفًا للعين. لا تتنفس ضباب، الأبخرة، أو رذاذ. ارتدي قفازات واقية وملابس واقية وحماية للعين وحماية الوجه. غسل الجلد المكشوف على الفور مع كميات وفيرة من الماء إذا تعرضت.
    2. مسح الإمكانيات بين الجهد الدائرة المفتوحة (OCV) إلى -0.8 V مقابل RHE، بدءا من أعلى قيمة محتملة مع معدل المسح الضوئي 5-50 mV /s(الشكل 6A).
  4. تجارب OER
    1. استخدام 1 M هيدروكسيد الصوديوم ككتروليت، Hg/HgO (1 M NaOH) كالكترود مرجعي، وسلك بلاتيني ملفوف (قطر 0.5 مم بطول 10 سم) كأقطاب مضادة.
      تنبيه: 1 M هيدروكسيد الصوديوم يمكن أن يسبب حروق الجلد وتلف العين لا تتنفس ضباب، الأبخرة، أو رذاذ. ارتدي قفازات واقية وملابس واقية وحماية للعين وحماية الوجه. غسل الجلد المكشوف على الفور مع كميات وفيرة من الماء إذا تعرضت.
    2. لتجارب OER، قم بمسح الإمكانات بين OCV إلى 2 V مقابل RHE، بدءًا من أقل قيمة محتملة، مع معدل المسح الضوئي 5-50 mV/s(الشكل 6B).
  5. مقاومه
    1. إجراء قياسات مطيافية مقاومة كهروكيميائية (EIS) في ترددات تتراوح بين 1 Hz-100 كيلو هرتز في احتمال حيث لا يتم ملاحظة أي عملية فاراداي (OCV) (الشكل 6C).
  6. تحليل ملف تعريف الوقت واستقرار النظام والمنتجات
    1. لاختبار استقرار النظام وقياس المنتجات (على سبيل المثال، H2 و O2)،إجراء تجارب التحليل الكهربائي.
    2. بالنسبة لمقاييس i-t الأمبيرترية، اختر الإمكانات الأكثر ملاءمة استنادًا إلى نتائج السيرة الذاتية أو LSV (على سبيل المثال، -0.25 V مقابل RHE لـ HER).
    3. بدلاً من ذلك، لتجارب قياس القدرة الكرومونية، اختر الكثافة الحالية الأكثر ملاءمة بناءً على نتائج السيرة الذاتية.
    4. إذا كان الغاز الكروماتوغرافي متاح، قياس في خط الهيدروجين (من HER) أو الأكسجين (من OER) الغاز المنتجة كهربائيا (الشكل 4B).
      ملاحظة: هذه أمثلة على التحليلات الكهروكيميائية. يمكن تفصيل التوصيف الكهروكيميائي لدراسة محددة.

3- الضوابط

  1. قياسات السعة
    1. لتحديد ما إذا كانت الزيادات في أنشطة HER هي ببساطة بسبب الزيادات في السطح الكهربائي، إجراء قياسات السعة في قيم سلالات مختلفة.
    2. تشغيل تجارب السيرة الذاتية بمعدلات مسح مختلفة (على سبيل المثال، 1 و 500 mV /s) في نطاق محتمل حيث التيارات Faradic لا تذكر، بحيث التيارات تمثل فقط تهمة / تفريغ الطبقة الكهربائية المزدوجة (على سبيل المثال، 0 إلى 0.1 V مقابل RHE).
    3. معدلات مسح المؤامرة مقابل التيارات (الشكل 7A).
    4. قارن الزيادات في السعة مع الضغط مع الزيادات في الأنشطة الكهربائية (على سبيل المثال، HER أو OER) مع سلالة (الشكل 7A).
      ملاحظة: إذا كانت الزيادات في الأنشطة الكهربائية أعلى من الزيادات في السعة، يمكن استنتاج أن الزيادة البسيطة في فصل الحبوب والسطح الكهربائي ليست المساهم الوحيد في زيادة الأنشطة الكهربائية.
  2. توصيف الأفلام المتصدعة
    1. عمدا الكراك NiTi / TiO2 احباط عن طريق الحفاظ على احباط توترت في 7٪ لمدة 30 دقيقة أو أطول ل 50 نانومتر تيو2 أفلام (الشكل 8). يمكن أن تتصدع سمكا تيو2 أفلام (100 نانومتر) في سلالات أقل (3% سلالة).
    2. تحليل السطح للتصدع عن طريق المسح المجهري الكهروكيميائي (SEM)، أو غيرها من أساليب تحليل السطح، كما هو موضح أدناه.
    3. إجراء القياسات الكهروكيميائية كما هو موضح أعلاه مع البكر وتصدع عمدا TiO2 الأفلام في مختلف زيادة تدريجيا ثم انخفضت القيم سلالة من 0٪ →3٪→0٪(الشكل 6D). NiTi / TiO2 رقائق مع 50 نانومتر سميكة TiO2 الأفلام التي لم تكن متوترة تمرير 3٪ تعتبر البكر، ومرنة.
      ملاحظة: تحديد "حد المرونة" المحدد: أقصى ضغط يمكن تطبيقه على مادة قبل بداية تشوه لا رجعة فيه (على سبيل المثال، إعادة ترتيب الحبوب أو حتى تكسير الأفلام). يعتمد نطاق المرونة على نوع الفيلم، وسمكها وطريقة ترسيبها. على سبيل المثال، نعرض أن 100 نانومتر سميكة تيو2 أفلام الكراك في سلالات أقل من 50 نانومتر سميكة تيو2 الأفلام.
  3. وصف رقائق NiTi (أي رقائق غير مؤكسدة)
    1. أوراق NiTi البولندية كما هو موضح في الخطوة 1.1، ولكن لا تعاملها حراريا.
    2. تشغيل جميع التجارب الكهروكيميائية، كما هو موضح أعلاه، مع رقائق NiTi التي لم تعامل حراريا كتحكم.

4- توصيف السطح

  1. إعداد العينة
    1. قص المعالجة المسبقة للنيتي/تيو2 على النحو المبين في الخطوتين 1-1 و1-2.
      ملاحظة: يعتمد حجم الرقاقة العينة على حجم حامل العينة، الذي يعتمد على جهاز معين يستخدم في تحديد خصائص السطح.
    2. غسل العينات بالماء لإزالة أي الملح المتبقية إذا استخدمت في التجارب الكهروكيميائية قبل التوصيف.
    3. تجميع NiTi / TiO2 احباط في نقالة الشد والإجهاد إلى المستوى المطلوب كما هو موضح في القسم 1.3.
    4. تجميع أصحاب العينة حسب الطلب حول العينة المتوترة وتشديد بلطف مسامير (الشكل 9).
  2. التوصيف السطحي
    1. للتحقق من جودة الفيلم والتغييرات في طبولوجيا الأفلام مع سلالة، وجمع المسح الضوئي المجهري الكهروكيميائي (SEM) الصور.
    2. استخدام أساليب التحليل السطحية المتاحة الأخرى لرصد التغيرات في التركيب الكيميائي السطحي، وإعادة ترتيب الحبوب وlattices الكريستال المكشوفة (على سبيل المثال، التحليل الطيفي رامان، XPS أو XRD التجارب) (الشكل 10).
    3. للتحقق مما إذا كان حامل العينة قد حافظ على إجهاد ثابت أثناء تجارب توصيف السطح، يُفك العينة من حامل العينة وابحث عن أي حليقة في العينة بين الجزء المجهد تحت المشبك والجزء غير المقيد الذي كان سابقاً في مختبر الشد.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وتتأكسد رقائق NiTi المعالجة مسبقاً عند 500 درجة مئوية في ظل الظروف الهوائية (الشكل 1). نظرا لطبيعة oxophilic من التيتانيوم، والتكليس في درجات حرارة مرتفعة النتائج في طبقة سطح من تيو روتيل2. تتأثر سماكة طبقة ودرجة من المنشطات ن نوع من الوقت ودرجة الحرارة، والتي تنعكس في تغيير اللون من الرمادي (عينة غير المعالجة) إلى اللون الأزرق / الأرجواني موحدة بعد 20 دقيقة التدفئة(الشكل 2). أطول وقت التدفئة النتائج في سمكا تيو2 الأفلام (60 دقيقة للأفلام 1...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

النيتينول هو الركيزة المرنة المناسبة لتطبيق الإجهاد الميكانيكي على الأفلام الرقيقة. وهي متاحة تجاريا، موصلة للغاية ويمكن أن تكون وظيفية بسهولة. إعداد روتيل TiO2 رقيقة الأفلام من قبل المعالجة الحرارية من النيتينول، والنتائج في درجة عالية من نوع ن من نوع TiO2. من المهم التأكيد على أن NiTi /TiO2 هو نظام فريد حيث يتم إعداد أفلام TiO2 بواسطة المعالجة الحرارية للنيتي بدلاً من طريقة ترسب. وقد أظهرت منشوراتنا السابقة أن سلالة تطبق على NiTi / TiO2 آثار في المقام الأول توزيع و...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ولا يعلن أصحاب البلاغ عن أي مصالح متنافسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد قام بهذا العمل جميع المؤلفين المشاركين، وموظفي التحالف من أجل الطاقة المستدامة، وشركة ذ.م.م، ومديرة ومشغلة المختبر الوطني للطاقة المتجددة لوزارة الطاقة الأمريكية بموجب العقد رقم 1. DE-AC36-08GO28308. تمويل من وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب العلوم، مكتب علوم الطاقة الأساسية، شعبة العلوم الكيميائية، علوم الأرض والعلوم الحيوية، برنامج الكيمياء الضوئية الشمسية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
2-PropanolSigma Aldrich109634
/ AgCl (3M NaCl) القطب المرجعيBASiMF-2052
القطب المرجعي القلويBasiEF-1369
الكحول الإيثيلي ، نقي ، 200 دليل ، لا مائي ، = 99.5٪سيجما ألدريتش459836
MT I I / F u l am SEMTester SeriesMTI Instruments
رقائق نيتينول ، 0.05 مم (0.002 بوصة) سميكة ، فائقة المرونة ، مسطحة صلبة ، سطح مخللAlfa Aesar45492
PK-4 طقم تلميع القطبالكهربائي BASiMF-2060
Potentiostat 600DCHI الأدوات600D
Pt سلكSigma Aldrich267228-1G
هيدروكسيد الصوديومSigma Aldrich221465
حامض الكبريتيكسيجما ألدريتش30743
Ag

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Li, J., Shan, Z., Ma, E. Elastic strain engineering for unprecedented materials properties. MRS Bulletin. 39, 108-114 (2014).
  2. Luo, M., Guo, S. Strain-controlled electrocatalysis on multimetallic nanomaterials. Nature Reviews Materials. 2, 17059(2017).
  3. Yang, S., Liu, F., Wu, C., Yang, S. Tuning Surface Properties of Low Dimensional Materials via Strain Engineering. Small. 2016, 4028-4047 (2016).
  4. Clark, E. L., Hahn, C., Jaramillo, T. F., Bell, A. T. Electrochemical CO2 Reduction over Compressively Strained CuAg Surface Alloys with Enhanced Multi-Carbon Oxygenate Selectivity. Journal of the American Chemical Society. 139, 15848-15857 (2017).
  5. Lu, Z., et al. Electrochemical tuning of layered lithium transition metal oxides for improvement of oxygen evolution reaction. Nature Communications. 5, 4345(2014).
  6. Sethuraman, V. A., et al. Role of Elastic Strain on Electrocatalysis of Oxygen Reduction Reaction on Pt. The Journal of Physical Chemistry C. 119, 19042-19052 (2015).
  7. Gu, J., et al. A graded catalytic-protective layer for an efficient and stable water-splitting photocathode. Nature Energy. 2, 16192(2017).
  8. Mariano, R. G., McKelvey, K., White, H. S., Kanan, M. W. Selective increase in CO electroreduction activity at grain-boundary surface terminations. Science. 358, 1187-1192 (2017).
  9. Liu, F., Wu, C., Yang, S. Strain and Ligand Effects on CO2 Reduction Reactions over Cu-Metal Heterostructure Catalysts. The Journal of Physical Chemistry C. 121, 22139-22146 (2017).
  10. Wang, X., et al. Strain Effect in Bimetallic Electrocatalysts in the Hydrogen Evolution Reaction. ACS Energy Letters. 3, 1198-1204 (2018).
  11. Deng, Q., Smetanin, M., Weissmüller, J. Mechanical modulation of reaction rates in electrocatalysis. Journal of Catalysis. 309, 351-361 (2014).
  12. Yang, Y., Kumar, S. Elastic Strain Effects on the Catalytic Response of Pt and Pd Thin Films Deposited on Pd-Zr Metallic Glass. Journal of Materials Research. 32, 2690-2699 (2017).
  13. Yan, K., et al. The Influence of Elastic Strain on Catalytic Activity in the Hydrogen Evolution Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 55, 6175-6181 (2016).
  14. Lee, J. H., Jang, W. S., Han, S. W., Baik, H. K. Efficient Hydrogen Evolution by Mechanically Strained MoS2 Nanosheets. Langmuir. 30, 9866-9873 (2014).
  15. Yang, Y., Adit Maark, T., Peterson, A., Kumar, S. Elastic strain effects on catalysis of a PdCuSi metallic glass thin film. Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 1746-1754 (2015).
  16. Svedruzic, D., Gregg, B. A. Mechano-Electrochemistry and Fuel-Forming Mechano-Electrocatalysis on Spring Electrodes. The Journal of Physical Chemistry C. 118, 19246-19251 (2014).
  17. Benson, E. E., et al. Dynamic Tuning of a Thin Film Electrocatalyst by Tensile Strain. Scientific Reports. 9, 15906(2019).
  18. Wang, A., et al. Tuning the oxygen evolution reaction on a nickel-iron alloy via active straining. Nanoscale. 11, 426-430 (2019).
  19. Du, M., Cui, L., Cao, Y., Bard, A. J. Mechanoelectrochemical Catalysis of the Effect of Elastic Strain on a Platinum Nanofilm for the ORR Exerted by a Shape Memory Alloy Substrate. Journal of the American Chemical Society. 137, 7397-7403 (2015).
  20. Wang, H., et al. Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials. Science. 354, 1031-1036 (2016).
  21. Benson, E. E., et al. Semiconductor-to-Metal Transition in Rutile TiO2 Induced by Tensile Strain. Chemistry of Materials. 29, 2173-2179 (2017).
  22. Muralidharan, N., et al. Tunable Mechanochemistry of Lithium Battery Electrodes. ACS Nano. 11, 6243-6251 (2017).
  23. Muralidharan, N., Carter, R., Oakes, L., Cohn, A. P., Pint, C. L. Strain Engineering to Modify the Electrochemistry of Energy Storage Electrodes. Scientific Reports. 6, 27542(2016).
  24. Buehler, W. J., Gilfrich, J. V., Wiley, R. C. Effect of Low-Temperature Phase Changes on the Mechanical Properties of Alloys near Composition TiNi. Journal of Applied Physics. 34, 1475-1477 (1963).
  25. Wang, F. E., Buehler, W. J., Pickart, S. J. Crystal Structure and a Unique "Martensitic" Transition of TiNi. Journal of Applied Physics. 36, 3232-3239 (1965).
  26. Mavrikakis, M., Hammer, B., Nørskov, J. K. Effect of Strain on the Reactivity of Metal Surfaces. Physical Review Letters. 81, 2819-2822 (1998).
  27. Hwang, J., et al. Tuning perovskite oxides by strain: Electronic structure, properties, and functions in (electro)catalysis and ferroelectricity. Materials Today. 31, 100-118 (2019).
  28. Kushima, A., Yip, S., Yildiz, B. Competing strain effects in reactivity of LaCoO3 with oxygen. Physical Review B. 82, 115435(2010).
  29. Li, Z., Potapenko, D. V., Osgood, R. M. Controlling Surface Reactions with Nanopatterned Surface Elastic Strain. ACS Nano. 9, 82-87 (2015).
  30. Petrie, J. R., Jeen, H., Barron, S. C., Meyer, T. L., Lee, H. N. Enhancing Perovskite Electrocatalysis through Strain Tuning of the Oxygen Deficiency. Journal of the American Chemical Society. 138, 7252-7255 (2016).
  31. Ling, T., et al. Activating cobalt(II) oxide nanorods for efficient electrocatalysis by strain engineering. Nature Communications. 8, 1509(2017).
  32. Tavares, C. J., et al. Strain analysis of photocatalytic TiO2 thin films on polymer substrates. Thin Solid Films. 516, 1434-1438 (2008).
  33. Bard, A. J., Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , John Wiley & Sons. (2001).
  34. Frank, O., et al. Raman spectra of titanium dioxide (anatase, rutile) with identified oxygen isotopes (16, 17, 18). Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 14567-14572 (2012).
  35. Metikoš-Huković, M., Katić, J., Milošev, I. Kinetics of passivity of NiTi in an acidic solution and the spectroscopic characterization of passive films. Journal of Solid State Electrochemistry. 16, 2503-2513 (2012).
  36. Reske, R., et al. Controlling Catalytic Selectivities during CO2 Electroreduction on Thin Cu Metal Overlayers. The Journal of Physical Chemistry Letters. 4, 2410-2413 (2013).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة