التوليف والأوصاف الأداء من المعادن الانتقالية ذرة واحدة محفز للحد من₂ CO الكهروكيميائية

الهدف العام من هذا الإجراء هو التحضير في التطبيق الكهروكيميائي للذرات المفردة للمعادن الانتقالية المنسقة في الوظائف الشاغرة من الجرافين نحو تقليل ثاني أكسيد الكربون الانتقائي في المحاليل المائية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال تقليل ثاني أكسيد الكربون التحفيزي الكهربائي حول تحضير المحفزات وتحديد نشاط ختم المنتج. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن احتجاز الذرات المفردة في شواغر الجرافين ويمكن أن تكون جزيئات النينو المعدنية الانتقالية محاطة بإحكام بطبقات الجرافين.

لبدء الإجراء ، في قارورة تلألؤ سعة 20 مليلتر ، امزج بين نقطة صفر خمسة جرامات من بولي أكريلونيتريل ، ونقطة صفر خمسة جرامات من بولي فينيل بيروليدون ، ونقطة صفر خمسة جرامات من سداسي هيدرات النيكل (II) ، ونقطة صفر جرام واحد من dicdyandiamide ، مع 10 ملليلتر من ثنائي ميثيل فورماميد. سخني المزيج إلى 80 درجة مئوية وقلبي حتى يصبح صافيا وأخضر. اترك خليط المؤشر المسبق ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة بعد ذلك.

بعد ذلك ، قم بتركيب قطعة مساحتها ثمانية سنتيمترات في ثمانية سنتيمترات من ورق ألياف الكربون بسمك ثلاثة نقاط بسمك سبعة ملليمترات كركيزة تجميع في جهاز الغزل الكهربائي التقليدي. ارسم خمسة ملليلتر من خليط المؤشر المسبق في حقنة سعة خمسة ملليلتر. جهز المحقنة بإبرة قياس 19 بوصتين ، مثل طرف الغزل وقم بتركيب المحقنة على مضخة حقنة.

قم بتكوين الجهاز لمسافة 15 سم بين الغزل وسطح المجمع. قم بتوصيل الطرف الموجب لمصدر الطاقة بالإبرة ، والطرف السالب بركيزة التجميع. قم بتكوين مصدر الطاقة لتوصيل 15 كيلو فولت من الجهد الساكن إلى طرف الغزل ، وناقص أربعة كيلو فولت مقابل ركيزة التجميع.

قم بتشغيل مضخة الحقنة عند نقطة واحدة ملليلتر في الساعة وابدأ الغزل الكهربائي. بمجرد الانتهاء ، قم بإيقاف تشغيل الطاقة ونقل الركيزة المطلية بألياف البوليمر إلى قطعة من رقائق الألومنيوم. في فرن صندوقي ، قم بتسخين الركيزة المطلية إلى 300 درجة مئوية على مدار نقطة واحدة وخمس ساعات.

امسك العينة عند درجة الحرارة هذه لمدة 30 دقيقة لأكسدة ألياف البوليمر التي ستنفصل عن الركيزة كفيلم قائم بذاته. قم بإزالة الركيزة وفيلم ألياف النانو البوليمر المؤكسد المنفصل من الفرن. اترك الفيلم يبرد إلى درجة حرارة الغرفة في الهواء.

بعد ذلك ، قم بقص الفيلم إلى ما يقرب من صفر نقطة خمسة سنتيمترات في قطعتين سنتيمترين واجمع القطع في قارب كوارتز. ضع القارب في فرن أنبوبي في وسط منطقة التسخين. ضع العينة في الغلاف الجوي للفرن ثلاث مرات بخليط غاز من خمسة بالمائة من الهيدروجين في الأرجون.

بعد ذلك ، حافظ على تدفق الغاز عند 100SCCM وضغط الفرن عند عزم دوران واحد. قم بتحديد الفرن أولا إلى 300 درجة مئوية على مدار عشر دقائق. ثم إلى 750 درجة مئوية على مدار ساعتين.

كلاهما بمعدلات التفاف ثابتة. احتفظ بالعينة عند 750 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. بعد ذلك ، أطفئ النار واترك العينة تبرد إلى درجة حرارة الغرفة في الفرن تحت تدفق 100SCCM بنسبة خمسة بالمائة من الهيدروجين والأرجون.

أغلق العينة المبردة في كرة طحن من الفولاذ المقاوم للصدأ بحجم ستة ملم في وعاء طحن من الفولاذ المقاوم للصدأ. قم بطحن العينة عند 3 ، 000 دورة في الدقيقة في 60 هرتز لمدة خمس دقائق للحصول على محفز غلاف الجرافين والنيكل والنيتروجين كمسحوق نانو. لبدء إجراء القياس ، قم بإذابة اثنين من نقاط وخمسة جرامات من بيكربونات البوتاسيوم في 250 مل من الماء فائق النقاء كإلكتروليت.

قم بكهرب محلول الإلكتروليت بين قضيبين من الجرافيت عند نقطة صفر مللي أمبير لمدة 24 ساعة لإزالة أيونات المعادن النزرة. بعد ذلك ، قم بتغطية الجزء الخلفي من قطب كربوني زجاجي نظيف مصقول كهروكيميائيا بمقدار سنتيمتر واحد في سنتيمترين بشمع خامل للماء كهروكيميائي مذاب في التولوين. بعد ذلك ، ضع في قارورة تلألؤ سعة أربعة ملليلتر ، وخمسة ملليغرامات من مسحوق نانو محفز غلاف الجرافين والنيكل ، ومليلتر واحد من الإيثانول ، و 100 ميكرولتر من محلول يوديمر بنسبة خمسة بالمائة في كحول الأيزوبروبيل.

قم بتقطيع الخليط لمدة 20 دقيقة للحصول على تعليق حبر محفز متجانس. ضع 80 ميكرولترا من حبر المحفز على سطح قطب الكربون الزجاجي. جفف القطب المغطى بالمحفز في مجفف فراغ لمدة خمس إلى 10 دقائق.

بعد ذلك ، قم بتجهيز خلية كهروكيميائية من النوع H محكمة الغلق بالغاز بغشاء تبادل البروتونات. أضف خط غاز النيتروجين إلى الغرفة التي ستحتوي على قطب العمل. ضع قطب العمل المغطى بالمحفز وقطب مرجعي مشبع من الكالوميل في حجرة واحدة من الخلية ، وقطب مضاد من رقائق البلاتين في الجزء الآخر.

أضف حوالي 25 مل من محلول المنحل بالكهرباء المنقى إلى كل حجرة. قم بتوصيل الإلكتروليتات ببوتينسيوستات متعدد القنوات. فقاعة غاز النيتروجين من خلال المنحل بالكهرباء لمدة 30 دقيقة عند 50SCCM لتشبع المنحل

ثم حدد قياس الفولتامتر الدوري في برنامج Potentiostat. قم بتكوين التجربة لخمس عمليات مسح مستمرة للسيرة الذاتية من نقطة صفر ناقص خمس فولت إلى نقطة واحدة ناقص ثمانية فولت مقابل SCE عند 50 مللي فولت في الثانية مع نطاق جهد قطب كهربائي يعمل من سالب 10 فولت إلى 10 فولت ، ونطاق تيار تلقائي. الحصول على سيرة ذاتية في المنحل بالكهرباء المشبع بالنيتروجين.

ثم قم بتغيير خط الغاز إلى ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون الفقاعي من خلال المنحل بالكهرباء عند 50SCCM لمدة 30 دقيقة. ثم ، بينما لا يزال ثاني أكسيد الكربون يغلي عند 50SCCM. احصل على سيرة ذاتية أخرى باستخدام نفس المعلمات المستخدمة سابقا.

بعد ذلك ، حدد spechtrology المعاوقة الكهروكيميائية للقوة في برنامج Potentiostat. اضبط نطاق التردد على صفر نقطة هرتز واحد إلى 200 كيلو هرتز. استخدم جهد الدائرة المفتوحة كجهد أولي.

قم بإجراء فحص معوق وسجل قيمة مقاومة الحل. قم بتصحيح الإمكانات المقاسة لانخفاض الجهد باستخدام هذه المعلومات. قم بتجميع خلية كهروكيميائية من النوع H مع قطب عمل مطلي بغلاف نيتروجين نيكل جرافين في نقطة صفر منقاة من بيكربونات البوتاسيوم المولية كإلكتروليت ، كما هو موضح سابقا.

قم بإعداد كروماتوجراف غازي لاستخدام نظام فصل من خمسة مناخل جزيئية أنجستروم في سلسلة من الأعمدة لفصل المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض. قم بتجهيز GC بكاشف التوصيل الحراري وكاشف تأين اللهب بمنهجية. قم بتوجيه العادم من غرفة الخلية الكهروكيميائية التي تحتوي على قطب العمل إلى حلقة عينة GC باستخدام أنابيب فينيل بقطر داخلي يبلغ 16 من البوصة.

قم بتشغيل طول آخر من أنابيب الفينيل من الغرفة باستخدام القطب المضاد إلى قارورة من الماء كمراقب لتدفق الغاز. قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية ببوتينسيوستات متعددة القنوات وتشبع المنحل بالكهرباء بغاز ثاني أكسيد الكربون كما هو موضح سابقا. حافظ على معدل تدفق ثاني أكسيد الكربون عند 50.0 سم مكعب بالضبط.

استخدم برنامج Potentiostat للإبلاغ عن منحنى كروني وبارامتري. أثناء تحريك قطب العمل من نقطة صفر ناقص ثلاث فولت إلى نقطة ناقص صفر فولت مقابل RAG. الاستمرار لمدة 15 دقيقة في كل خطوة.

لكل خطوة محتملة بعد 10 دقائق من التحليل الكهربائي المستمر ، قم بأخذ عينات من منتجات الغاز باستخدام GC باستخدام وقت تشغيل يبلغ 16 دقيقة. تحديد محتويات أول أكسيد الهيدروجين في العادم من إشارات TCD و FID ، على التوالي. احسب كثافة التيار الجزئي وكفاءة الفراديك لكل منتج.

تم العثور على جزيئات نانو النيكل موزعة بشكل موحد في ألياف الكربون النانوية للمحفز. تم تغليف جزيئات النانو في أغلفة من الجرافين بسمك 10 نانومتر تقريبا ، مما يمنع الاتصال المباشر بين جزيئات النيكل النانوية والسلاتر المائي ، وبالتالي قمع تفاعل تطور الهيدروجين. أظهر رسم خرائط التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة في التصوير المقطعي لمسبار الذرة أن ذرات النيكل قد تم دمجها في طبقات الجرافين حول جزيئات النانو.

كما انتشرت ذرات النيكل في الكربون في مناطق أبعد من جزيئات النيكل النانوية. تم العثور على ذرات النيكل المفردة لتكون منسقة في شواغر الجرافين مع نسبة صغيرة منسقة أيضا مع ذرات النيتروجين. أشار التحليل الإحصائي إلى أن معظم النيكل في هذه المنطقة الفقيرة بالنيكل كان في شكل ذرة واحدة.

تم تقييم أداء تفاعل تقليل ثاني أكسيد الكربون الكهربائي التحفيزي للمحفز عند مختلف الإمكانات التطبيقية في الوقت الفعلي بواسطة GC متصل بعادم الخلية الكهروكيميائية. تم تحديد كفاءات الفاراديك لأول أكسيد الكربون والهيدروجين لتكون حوالي 93 في المائة و 12 في المائة على التوالي عند نقطة صفر ناقص ثمانية فولت مقابل RAG. بعد تطويره ، مهد هذا التانيك الطريق للباحثين في مجال التحليل الكهربائي لاستكشاف هذه المعادن الانتقالية محفزات الذرة المفردة في عملية التمثيل الضوئي الاصطناعية بالإضافة إلى تطبيقات تحويل الطاقة الأخرى.