在加利福尼亚的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们已经开发出催化电极使用direct-ink写作,3 d打印技术。本文提出的新型电极具有优异的催化和电化学性能用于几个新一代设备。他们的工作发表在《华尔街日报》ACS材欧洲杯足球竞彩料非盟。
研究:三维印刷金属氧化物半导体2气凝胶/石墨烯电极析氢反应图片来源:asharkyu / Shutterstock.com
应对气候变化的人为
全球能源使用预计将增长50%,到2050年,根据美国能源资料协会的数据。这个巨大的需求增加为科学家和政府提出的挑战,作为人类活动与全球气候变化的内在联系和不断上升的温度。减轻人为气候变化的影响,可再生能源和可持续能源收集和存储技术已经在过去的几十年里探索。
Electro-photochemical水分裂已经成为有益的技术,在氢气生产和可用于能量储存由于其高能量密度和总没有碳排放。在这个过程中,丰富、高效、低成本、稳定electrocatalysts是至关重要的。到目前为止,铂是常用的析氢反应的催化剂由于其电化学惰性,高的活动,和near-thermoneutral结合能。
(a - c) DIW /金属氧化物半导体2与流变的研究。et al。图片来源:•钱德拉塞卡兰,ACS材料非盟欧洲杯足球竞彩
分层过渡金属Dichalcogenides:新一代材料欧洲杯足球竞彩
一些低成本、丰富和稳定性能优越的材料已经探讨了近年来用作electrocata欧洲杯足球竞彩lysts氢进化反应。其中,分层过渡金属dichalcogenides一直是材料科学研究的焦点。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球最有前途的和广泛研究的是金属氧化物半导体2实验和理论研究,证实存在催化地活跃的边缘网站材料。
然而,他们的商业应用是阻碍2 d的叠加和聚合表。这减少了可用的活跃站点数量氢进化的反应。这些材料导电性的抑制,使其难以设计可靠的电极。欧洲杯足球竞彩为了克服这个问题,科学家们将导电填料复合材料生产。欧洲杯足球竞彩石墨烯是一种常见的填料。
石墨烯气凝胶包含二维表在三维多孔碳框架。高表面积提高电解质的流动,具有高导电性,有助于它们作为催化剂使用。此外,这些材料可以结合其他材料提欧洲杯足球竞彩供支持支架上,增加他们的催化活性。
创建金属氧化物半导体的研究一直在进行2/石墨烯气凝胶与改进的表面积和析氢催化活性提高。三维金属氧化物半导体2/石墨烯气凝胶上6 - 8倍电化学领域已报告在当前文学。这些气凝胶有显著提高催化活性。其他的研究已经证明了nitrogen-doped石墨烯oxide-incorporated超电势较低的气凝胶。
Electrocatalytic电极制造
传统3 d electrocatalytic电极制造涉及电镀等过程,解决方案铸造和热凝胶。众所周知,催化剂性能受结构和组成、催化剂和制造3 d与二维nanosheets可以提供新的机遇在催化剂设计和改进这些商业重要材料的性能。欧洲杯足球竞彩
近年来,3 d打印,否则称为加法制造,提供了显著的好处制造业和生物医学等众多行业。结构可以从不同的前体材料直接打印在一个低成本、含量和灵活的流程与传统方法相比具有独特的设计自由。欧洲杯足球竞彩熔融沉积造型,直接墨水写作和选择性激光熔化已经广泛地探讨了近年来印刷电极。
直接墨水写作是一个extrusion-based过程打印叠层结构“墨水”的各种功能材料挤出嘴。欧洲杯足球竞彩的自由使用的材料直接的打印墨水欧洲杯足球竞彩写作使它有利于三维石墨烯/金属氧化物半导体2aerogel-based electrocatalytic电极。印刷结构的流变特性可以定制使用添加剂等无机填料和聚合物。
(a, b)的扫描电子显微图3 d印刷石墨烯/金属氧化物半导体2气凝胶(嵌入比例尺:5毫米)和(c-i-iv) GA /金属氧化物半导体的元素图像分析2气凝胶。et al。图片来源:•钱德拉塞卡兰,ACS材料非盟欧洲杯足球竞彩
这项研究
该研究报告了一个催化电极的制造结合商用金属氧化物半导体2气凝胶粉末和石墨烯。气凝胶是非常多孔。通过结合这些材料和利用直接墨水写作,作欧洲杯足球竞彩者产生了等级3 d催化框架。印刷electrocatalytic电极结合两种材料的优点与加法制造的好处。欧洲杯足球竞彩
混合结构化催化剂生产使用小说过程中引入的研究。金属氧化物半导体2粒欧洲杯猜球平台子在electrocatalyst高度集中,并结合氧化石墨烯表。冷冻干燥和热退火生产与同质的分布式MoS结构2粒欧洲杯猜球平台子表面上的一个非常多孔石墨烯气凝胶的框架。
(一)氮adsorption-desorption等温线和(b) BJH孔隙大小分布来源于GA /金属氧化物半导体的解吸等温线2。et al。图片来源:•钱德拉塞卡兰,ACS材料非盟欧洲杯足球竞彩
复合电极具有高表面积和氢进化性能在不同电流显著增强了材料相比,纯石墨烯气凝胶样品。复合电极的电化学表面区域在大电流操作不会丢失,展示材料的鲁棒性和质量输运控制3 d直接墨水写作过程。
简而言之,研究表明一个健壮和高效electrocatalytic电极的发展和价值的加法制造生产下一代电化学设备。
进一步的阅读
Chandrasekaran S et al。(2022)三维印刷金属氧化物半导体2气凝胶/石墨烯电极析氢反应ACS板牙。非盟[网络]pubs.acs.org。可以在:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs欧洲杯足球竞彩materialsau.2c00014
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