Ti₃C_{2T x} MXene 지원 CuZn 및 NiCo 촉매를 사용하여_CO2 및 물에서 태양열 구동 전기화학 친환경 연료 생산

우리의 연구 범위는 물과 이산화탄소로부터 태양 연료를 생산하기 위한 새로운 파괴적 결합제, 자유 촉매 필름의 합성, 특성화 및 분석에 폭넓게 포함됩니다. 이 분야의 주요 과제는 적절한 생산 속도, 장기 촉매, 내구성, 시스템의 확장성 등 파라액 효율이 낮다는 점입니다. 먼저, 아세톤으로 니켈 폼을 세척한 후, 니켈 폼을 탈이온수에 5분간 초음파 처리하세요.

후드 아래에서 탄소 섬유 종이를 1몰 질산에 20분간 담가서 장갑과 적절한 개인 보호 장비를 착용한 상태로 활성화하세요. 깨끗이 만든 니켈 폼과 MXene 용액을 5분간 담가세요. 샘플을 건조한 후에는 MXene 니켈 폼이라고 라벨을 붙입니다.

이제 50밀리리터의 MXene 용액을 스프레이 건에 주입하고 니켈 폼에 뿌립니다. 다음으로, 구리와 아연 전구체 용액을 유리 전기화학 전지에 첨가합니다. 은 또는 염화은 기준 전극, 백금 카운터 전극, 그리고 MXene 탄소 섬유 종이 작업 전극을 셀에 삽입합니다.

그 다음 각 전극을 전위 스탯의 해당 단자에 연결하세요. 주어진 펄스 전류 증착 순서를 적용하고 1,000번 반복하여 구리 아연층을 증강합니다. 별도의 전기화학 전지에 니켈과 코발트 전구체 용액을 추가합니다.

같은 전극 구성을 사용하되, 작동하는 전극을 MXene 니켈 폼으로 교체하세요. 50밀리리터의 50밀리몰라 니켈 질산염을 코발트 질산염에 넣어 전해질 목욕을 준비하고, 탈이온수에 녹입니다. 모든 전극을 전위 조절기의 적절한 입력에 연결하고, MXene 니켈 폼이 작동하는 전극으로 연결되도록 하세요.

이전에 시연한 것과 동일한 펄스 증착 사이클을 1,000세트에 적용하여 니켈 코발트 통합 티타늄 카바이드 MXene 니켈 폼을 얻습니다. 두 구획 수소 셀을 조립하려면 알칼리 교환막을 삽입하여 두 챔버를 분리합니다. 양극은 니켈 폼을, 티타늄 카바이드 MXene의 2cm x 2cm 구리를 탄소 섬유 전극 위에 음극으로 사용하세요.

그 다음 두 챔버 모두에 전해질 1몰 수산화칼륨 용액을 채웁니다. 멤브레인 접합부에 전해질 누출이 있는지 꼼꼼히 확인하고 필요하면 접합부를 조이세요. 이제 음극실에 수은 또는 수은 산화물 기준 전극을 삽입하고 시스템 전체를 밀봉하여 기밀이 되도록 합니다.

이산화탄소 흡입구용 튜브 하나와 가스 배출구용 튜브 하나를 추가하세요. 그 후 분당 30밀리리터의 속도로 이산화탄소를 카타르시스 챔버에 퍼지하여 15분 동안 전해질을 포화시킵니다. 태양 세기 한 명으로 태양광 전지를 밝히고 셀에 연결하세요.

이제 0볼트에서 2.5볼트까지 50밀리볼트/초 스캔 속도로 순환 전압계를 기록하고, 열회로 전위에서 EIS를 기록합니다. 0암페어 크로노암페로메토메트릭 측정을 2시간 동안 수행하세요. 멀티미터를 사용해 주기적으로 전류를 기록하여 제품의 파라딕 효율을 계산합니다.

음극실의 가스 출구를 가스 크로마토그래프에 연결해 10분마다 인라인 샘플링을 합니다. 분자 체와 같은 다축된 컬럼을 사용하여 영구 가스를 검출하고 정량화하도록 가스 크로마토그래프를 프로그래밍합니다. 오븐 온도를 150도에서 시작하도록 설정하고 2분간 보관하세요.

그 후 200도까지 상승하며 1분간 기체를 유지하여 효과적인 분리와 가스 진화를 돕습니다. 티타늄 카바이드 MXene 니켈 폼을 양극으로, 백금을 탄소 코팅 니켈 메쉬 위에 음극으로 사용하여 수소 셀 조립을 반복합니다. 무반향실에 수은 또는 수은 산화물 기준 전극을 작동 전극과 함께 삽입합니다.

수소 세포의 양쪽 방에 1몰 수산화칼륨 용액을 채웁니다. 0볼트에서 1.2볼트까지 50밀리볼트/초 스캔 속도로 순환 전압 측정을 기록하고, 개방 회로 조건에서 EIS를 사용하세요. 자동 검사 전위 통계의 OCP 측정 기능을 사용해 개방 회로 전위를 기록하세요.

이제 태양광 시뮬레이터를 5센티미터 떨어진 곳에 1 빛 강도로 설정해 태양광 셀을 조명합니다. 태양광 전지의 단자를 전극에 연결하고 0암페어 크로노암페톤티오메트릭 측정을 수행합니다. 전류를 지속적으로 모니터링하고 기록하여 효율 계산을 하세요.

이제 음극실의 가스 출구를 가스 크로마토그래프에 연결하세요. 그 후 열전도도 검출기를 사용해 10분마다 수소 가스 생산량을 분석하고, 질소를 운반가스로 사용합니다. 부품을 물로 세척한 후, 제로 간극 전해조 셀 조립을 시작하세요.

깨끗한 폴리비닐 프로필렌 튜빙을 준비하고, 알칼리수 전기분해 장치의 여러 부분 사이에 접합부를 만들기 위해 호환되는 푸시-풀 밸브를 부착하세요. 셀 성분을 순차적으로 쌓으세요. 티타늄 카바이드 MXene에 니켈 코발트 셀 플레이트, Ni-폼 양극, 가스켓, 알칼리성 교환막, 또 다른 가스켓, 백금 탄소 음극, 마지막으로 음극 셀 플레이트를 쌓습니다. 가능하다면 정렬 봉을 사용하거나, 레이어를 테이블 위에 수동으로 단단히 고정해 고정하세요.

제로 갭 전해조를 조립하려면 모든 층과 엔드 플레이트를 제대로 정렬하고 나사로 고정하세요. 조립된 셀을 30% 수산화칼륨을 분당 30밀리리터의 유량으로 순환하는 연동 펌프에 연결합니다. 오일 목욕을 사용해 전해질 저장소를 60도 섭씨로 유지하세요.

프로브로 온도를 모니터링하고, 열 장갑 없이 셀이나 저장소를 만지지 마세요. 티타늄 알루미늄 카바이드 MXene의 회절 패턴은 금속 알루미늄 카바이드 구조에서 특징적인 피크를 보였습니다. 선택적 식각과 박리 후 피크는 낮은 각도로 이동하여 탄화티타늄 MXene의 합성을 시사합니다.

티타늄 알루미늄 카바이드 MXene 상의 주사 전자현미경 이미지에서 그 층상 형태가 드러났습니다. 선택적 에칭과 박리 후, 일루미늄 양극 주형에 증착된 티타늄 카바이드 MXene의 주사 전자현미경 이미지는 단층에서 소수의 층으로 이루어진 조각 형태를 보였습니다. X선 회절 및 주사 전자현미경 이미지는 탄화티타늄 카바이드에서 구리 아연, 탄소섬유지에서 MXene, 니켈 코발트가 티타늄 카바이드 MXene에서 니켈 폼에서 구조를 확인했습니다.

1몰 수산화칼륨에서의 순환 볼탐 측정은 MXene에서 구리, 아연, 탄소섬유지, 니켈 코발트와 니켈 폼에 의한 수질 전기분해에 대해 뚜렷한 곡선을 보였다. EIS는 MXene에서 음극 구리, 아연, 이산화탄소 환원에서 CFP, MXene에서 양극, 니켈, 코발트, 수전기 분해에서 니켈 폼의 저항 프로파일이 서로 다르다는 것을 밝혀냈습니다. CV 프로파일과 크로노 암페로그램은 서로 다른 적용 셀 전위에서 관찰되었습니다.

바이오메탈 시스템은 전위보다 낮은 상태에서 산업 전류 밀도에서 우수한 성능을 발휘하며 작동 시간이 길습니다. 우리는 이산화탄소 수용성 감소를 위한 기능적 생체역학 양극과 음극의 새롭고 경제적이며 확장 가능하며 풍부한 합성을 다루고 있습니다. 우리의 연구 결과는 다탄소 제품과 저전력 소비의 친환경 수소 생산으로 이어질 수 있는 새로운 원스텝 필름 증착의 길을 열었습니다.