សូមអរគុណសម្រាប់ការចូលមើលគេហទំព័រ nature.com។ កំណែកម្មវិធីរុករកដែលអ្នកកំពុងប្រើមានការគាំទ្រ CSS មានកំណត់។ ដើម្បីទទួលបានបទពិសោធន៍ល្អបំផុត យើងសូមណែនាំឱ្យប្រើកម្មវិធីរុករកថ្មីជាងនេះ (ឬបិទរបៀបឆបគ្នានៅក្នុង Internet Explorer)។ ទន្ទឹមនឹងនេះ ដើម្បីធានាបាននូវការគាំទ្រជាបន្តបន្ទាប់ យើងនឹងបង្ហាញគេហទំព័រដោយគ្មានរចនាប័ទ្ម និង JavaScript។
អេឡិចត្រូសំយោគនៃអាស៊ីតអាឌីពិក (សារធាតុមុននៃនីឡុង 66) ពីប្រេង CA (ល្បាយនៃស៊ីក្លូហិចសាណូន និងស៊ីក្លូហិចសាណូន) គឺជាយុទ្ធសាស្ត្រប្រកបដោយនិរន្តរភាពដែលអាចជំនួសវិធីសាស្ត្រប្រពៃណីដែលត្រូវការលក្ខខណ្ឌដ៏លំបាក។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដង់ស៊ីតេចរន្តទាប និងប្រតិកម្មវិវត្តន៍អុកស៊ីសែនដែលប្រកួតប្រជែងគ្នាកំណត់កម្មវិធីឧស្សាហកម្មរបស់វាយ៉ាងខ្លាំង។ នៅក្នុងការងារនេះ យើងកែប្រែនីកែលអ៊ីដ្រូស៊ីតទ្វេជាមួយវ៉ាណាដ្យូម ដើម្បីបង្កើនដង់ស៊ីតេចរន្ត និងរក្សាប្រសិទ្ធភាពហ្វារ៉ាដាអ៊ីកខ្ពស់ (>80%) លើជួរសក្តានុពលធំទូលាយ (1.5–1.9 V ទល់នឹងអេឡិចត្រូតអ៊ីដ្រូសែនបញ្ច្រាស)។ ការសិក្សាពិសោធន៍ និងទ្រឹស្តីបានបង្ហាញពីតួនាទីសំខាន់ពីរនៃការកែប្រែ V រួមទាំងការកសាងកាតាលីករឡើងវិញដែលបង្កើនល្បឿន និងការស្រូបយកស៊ីក្លូហិចសាណូនដែលប្រសើរឡើង។ ជាភស្តុតាងនៃគំនិត យើងបានបង្កើតការផ្គុំអេឡិចត្រូតភ្នាសដែលផលិតអាស៊ីតអាឌីពិកជាមួយនឹងប្រសិទ្ធភាពហ្វារ៉ាដាអ៊ីកខ្ពស់ (82%) និងផលិតភាព (1536 μmol cm-2 h-1) នៅដង់ស៊ីតេចរន្តដែលពាក់ព័ន្ធនឹងឧស្សាហកម្ម (300 mA cm-2) ខណៈពេលដែលសម្រេចបាននូវស្ថេរភាព >50 ម៉ោង។ ការងារនេះបង្ហាញពីកាតាលីករដ៏មានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់អេឡិចត្រូសំយោគនៃអាស៊ីតអាឌីពិកជាមួយនឹងផលិតភាពខ្ពស់ និងសក្តានុពលឧស្សាហកម្ម។
អាស៊ីតអាឌីពិក (AA) គឺជាអាស៊ីតអាលីហ្វាទិកឌីកាបូស៊ីលីកដ៏សំខាន់បំផុតមួយ ហើយវាត្រូវបានប្រើជាចម្បងក្នុងការផលិតនីឡុង 66 និងប៉ូលីអាមីត ឬប៉ូលីមែរផ្សេងទៀត។ ក្នុងឧស្សាហកម្ម AA ត្រូវបានសំយោគដោយអុកស៊ីតកម្មល្បាយនៃស៊ីក្លូហិចសាណុល និងស៊ីក្លូហិចសាណូន (ឧ. ប្រេង AA) ដោយប្រើអាស៊ីតនីទ្រីក 50–60% ជាសារធាតុអុកស៊ីតកម្ម។ ដំណើរការនេះមានការព្រួយបារម្ភអំពីបរិស្ថានទាក់ទងនឹងការបញ្ចេញអាស៊ីតនីទ្រីកប្រមូលផ្តុំ និងអុកស៊ីដអាសូត (N2O និង NOx) ជាឧស្ម័នផ្ទះកញ្ចក់2,3។ ទោះបីជា H2O2 អាចត្រូវបានប្រើជាសារធាតុអុកស៊ីតកម្មបៃតងជំនួសក៏ដោយ តម្លៃខ្ពស់ និងលក្ខខណ្ឌសំយោគដ៏អាក្រក់របស់វាធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង ហើយត្រូវការវិធីសាស្រ្តដែលមានប្រសិទ្ធភាពចំណាយ និងមាននិរន្តរភាពជាងមុន4,5,6។
ក្នុងរយៈពេលមួយទសវត្សរ៍កន្លងមកនេះ វិធីសាស្ត្រគីមីអេឡិចត្រូកាតាលីក និងសំយោគឥន្ធនៈបានទាក់ទាញការចាប់អារម្មណ៍កាន់តែខ្លាំងឡើងពីអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រ ដោយសារតែគុណសម្បត្តិរបស់ពួកគេក្នុងការប្រើប្រាស់ថាមពលកកើតឡើងវិញ និងដំណើរការក្រោមលក្ខខណ្ឌស្រាល (ឧទាហរណ៍ សីតុណ្ហភាពបន្ទប់ និងសម្ពាធបរិយាកាស)7,8,9,10។ ក្នុងន័យនេះ ការអភិវឌ្ឍនៃការបំលែងអេឡិចត្រូកាតាលីកនៃប្រេង KA ទៅជា AA គឺមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់ក្នុងការទទួលបានគុណសម្បត្តិខាងលើ ក៏ដូចជាលុបបំបាត់ការប្រើប្រាស់ការបំភាយអាស៊ីតនីទ្រីក និងអុកស៊ីដអាសូតដែលជួបប្រទះក្នុងផលិតកម្មធម្មតា (រូបភាពទី 1a)។ ការងារត្រួសត្រាយផ្លូវត្រូវបានធ្វើឡើងដោយ Petrosyan et al., ដែលបានរាយការណ៍ពីប្រតិកម្មអុកស៊ីតកម្មអេឡិចត្រូកាតាលីកនៃ cyclohexanone (COR; cyclohexanone ឬ cyclohexanol ត្រូវបានសិក្សាជាទូទៅថាតំណាងឱ្យប្រេង KA) លើនីកែលអុកស៊ីអ៊ីដ្រូស៊ីត (NiOOH) ប៉ុន្តែដង់ស៊ីតេចរន្តទាប (6 mA cm-2) និងទិន្នផល AA កម្រិតមធ្យម (52%) ត្រូវបានទទួល11,12។ ចាប់តាំងពីពេលនោះមក វឌ្ឍនភាពគួរឱ្យកត់សម្គាល់ត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងការអភិវឌ្ឍកាតាលីកដែលមានមូលដ្ឋានលើនីកែល ដើម្បីបង្កើនសកម្មភាព COR។ ឧទាហរណ៍ កាតាលីករនីកែលអ៊ីដ្រូស៊ីត (Cu-Ni(OH)2) ដែលមានជាតិទង់ដែងត្រូវបានសំយោគដើម្បីជំរុញការបំបែក Cα–Cβ នៅក្នុងស៊ីក្លូហិចសាណុល13។ ថ្មីៗនេះ យើងបានរាយការណ៍អំពីកាតាលីករ Ni(OH)2 ដែលត្រូវបានកែប្រែដោយសូដ្យូមដូដេស៊ីលស៊ុលហ្វូណាត (SDS) ដើម្បីបង្កើតមីក្រូបរិស្ថានដែលមិនជ្រាបទឹកដែលបង្កើនស៊ីក្លូហិចសាណុន14។
ក. បញ្ហាប្រឈមនៃការផលិត AA ដោយអេឡិចត្រូអុកស៊ីតកម្មប្រេង KA។ ខ. ការប្រៀបធៀប COR អេឡិចត្រូកាតាលីកនៃកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើ Ni ដែលបានរាយការណ៍ពីមុន និងកាតាលីកររបស់យើងនៅក្នុងប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូតបី និងប្រព័ន្ធថ្មលំហូរ ១១,១៣,១៤,១៦,២៦។ ព័ត៌មានលម្អិតអំពីប៉ារ៉ាម៉ែត្រប្រតិកម្ម និងដំណើរការប្រតិកម្មត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងតារាងបន្ថែមទី ១ និងទី ២។ គ. ដំណើរការកាតាលីកនៃកាតាលីករ NiV-LDH-NS របស់យើងសម្រាប់ COR នៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រកោសិកា H និង MEA ដែលដំណើរការលើជួរសក្តានុពលធំទូលាយ។
ទោះបីជាវិធីសាស្ត្រខាងលើបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវសកម្មភាព COR ក៏ដោយ កាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើ Ni ដែលបានពិពណ៌នាបានបង្ហាញប្រសិទ្ធភាពហ្វារ៉ាដេយ AA ខ្ពស់ (FE) (>80%) តែនៅសក្តានុពលទាបប៉ុណ្ណោះ ជាធម្មតាទាបជាង 1.6 V បើប្រៀបធៀបទៅនឹងអេឡិចត្រូតអ៊ីដ្រូសែនដែលអាចបញ្ច្រាស់បាន (RHE អក្សរកាត់ VRHE)។ ដូច្នេះ ដង់ស៊ីតេចរន្តដោយផ្នែកដែលបានរាយការណ៍ (ឧ. ដង់ស៊ីតេចរន្តសរុបគុណនឹង FE) របស់ AA គឺតែងតែទាបជាង 60 mA cm−2 (រូបភាពទី 1b និងតារាងបន្ថែមទី 1)។ ដង់ស៊ីតេចរន្តទាបគឺទាបជាងតម្រូវការឧស្សាហកម្ម (>200 mA cm−2)15 ដែលរារាំងយ៉ាងខ្លាំងដល់បច្ចេកវិទ្យាអេឡិចត្រូកាតាលីកសម្រាប់ការសំយោគ AA ដែលមានទិន្នផលខ្ពស់ (រូបភាពទី 1a; ខាងលើ)។ ដើម្បីបង្កើនដង់ស៊ីតេចរន្ត សក្តានុពលវិជ្ជមានជាងមុន (សម្រាប់ប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូតបី) ឬវ៉ុលកោសិកាខ្ពស់ជាង (សម្រាប់ប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូតពីរ) អាចត្រូវបានអនុវត្ត ដែលជាវិធីសាស្រ្តសាមញ្ញសម្រាប់ការបំលែងអេឡិចត្រូកាតាលីកជាច្រើន ជាពិសេសប្រតិកម្មវិវត្តន៍អុកស៊ីសែន (OER)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ចំពោះ COR នៅសក្តានុពលអាណូតខ្ពស់ OER អាចក្លាយជាដៃគូប្រកួតប្រជែងដ៏សំខាន់ក្នុងការកាត់បន្ថយ FE របស់ AA ដោយហេតុនេះកាត់បន្ថយប្រសិទ្ធភាពថាមពល (រូបភាពទី 1a; ខាងក្រោម)។ ឧទាហរណ៍ ការពិនិត្យមើលវឌ្ឍនភាពមុន (រូបភាពទី 1b និងតារាងបន្ថែមទី 1) យើងមានការខកចិត្តដែលបានរកឃើញថា FE របស់ AA លើ Ni(OH)2 ដែលកែប្រែដោយ SDS បានថយចុះពី 93% មក 76% ជាមួយនឹងការបង្កើនសក្តានុពលដែលបានអនុវត្តពី 1.5 VRHE ដល់ 1.7 VRHE14 ខណៈពេលដែល FE របស់ AA លើ CuxNi1-x(OH)2/CF បានថយចុះពី 93% មក 69% ជាមួយនឹងការបង្កើនសក្តានុពលពី 1.52 VRHE ដល់ 1.62 VRHE16។ ដូច្នេះ ដង់ស៊ីតេចរន្តដោយផ្នែកដែលបានរាយការណ៍របស់ AA មិនកើនឡើងសមាមាត្រនៅសក្តានុពលខ្ពស់នោះទេ ដែលភាគច្រើនកំណត់ការកែលម្អដំណើរការរបស់ AA មិនមែននិយាយពីការប្រើប្រាស់ថាមពលខ្ពស់ដោយសារតែ FE ទាបរបស់ AA នោះទេ។ បន្ថែមពីលើកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើនីកែល កាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើកូបូលក៏បានបង្ហាញពីសកម្មភាពកាតាលីករនៅក្នុង COR17,18,19 ផងដែរ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ប្រសិទ្ធភាពរបស់វាថយចុះនៅសក្តានុពលខ្ពស់ ហើយបើប្រៀបធៀបជាមួយកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើ Ni ពួកវាមានដែនកំណត់សក្តានុពលច្រើនជាងនៅក្នុងកម្មវិធីឧស្សាហកម្ម ដូចជាការប្រែប្រួលតម្លៃកាន់តែច្រើន និងស្តុកតូចជាងមុន។ ដូច្នេះ វាជាការចង់អភិវឌ្ឍកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើ Ni ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ និង FE ក្នុង COR ដើម្បីធ្វើឱ្យវាជាក់ស្តែងដើម្បីសម្រេចបានទិន្នផល AA ខ្ពស់។
នៅក្នុងការងារនេះ យើងរាយការណ៍ពីសន្លឹកណាណូអ៊ីដ្រូស៊ីតពីរស្រទាប់ដែលកែប្រែដោយនីកែល (NiV-LDH-NS) ជាអេឡិចត្រូកាតាលីករដ៏មានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់ការផលិត AA តាមរយៈ COR ដែលដំណើរការលើជួរសក្តានុពលធំទូលាយជាមួយនឹង OER ដែលត្រូវបានបង្ក្រាបយ៉ាងខ្លាំង ដោយសម្រេចបាន FE និងដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់នៅក្នុងកោសិកា H និងអេឡិចត្រូតភ្នាស (MEAs; រូបភាពទី 1b)។ ដំបូងយើងបង្ហាញថាប្រសិទ្ធភាពអុកស៊ីតកម្មអាសេទីលីនលើកាតាលីករសន្លឹកណាណូ Ni(OH)2 ធម្មតា (Ni(OH)2-NS) ថយចុះ ដូចដែលរំពឹងទុក នៅសក្តានុពលខ្ពស់ ពី 80% នៅ 1.5 VRHE ដល់ 42% នៅ 1.9 VRHE។ ផ្ទុយទៅវិញ បន្ទាប់ពីការកែប្រែ Ni(OH)2 ជាមួយ V NiV-LDH-NS បានបង្ហាញពីដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់នៅសក្តានុពលដែលបានផ្តល់ឱ្យ ហើយសំខាន់ជាងនេះទៅទៀត រក្សា FE ខ្ពស់លើជួរសក្តានុពលធំទូលាយ។ ឧទាហរណ៍ នៅ 1.9 VRHE វាបានបង្ហាញដង់ស៊ីតេចរន្ត 170 mA cm−2 និង FE 83% ដែលជាកាតាលីករអំណោយផលជាងសម្រាប់ COR នៅក្នុងប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូតបី (រូបភាពទី 1c និងតារាងបន្ថែមទី 1)។ ទិន្នន័យពិសោធន៍ និងទ្រឹស្តីបង្ហាញថា ការកែប្រែ V ជំរុញចលនវិទ្យាកាត់បន្ថយពី Ni(OH)2 ទៅ Ni oxyhydroxides ដែលមានវ៉ុលខ្ពស់ (Ni3+xOOH1-x) ដែលបម្រើជាដំណាក់កាលសកម្មសម្រាប់ COR។ លើសពីនេះ ការកែប្រែ V បានបង្កើនការស្រូបយក cyclohexanone នៅលើផ្ទៃកាតាលីករ ដែលដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការទប់ស្កាត់ OER នៅសក្តានុពលអាណូតខ្ពស់។ ដើម្បីបង្ហាញពីសក្តានុពលរបស់ NiV-LDH-NS ក្នុងសេណារីយ៉ូជាក់ស្តែងជាងនេះ យើងបានរចនារ៉េអាក់ទ័រលំហូរ MEA ហើយបានបង្ហាញ FE នៃ AA (82%) នៅដង់ស៊ីតេចរន្តដែលពាក់ព័ន្ធនឹងឧស្សាហកម្ម (300 mA cm−2) ដែលខ្ពស់ជាងលទ្ធផលមុនរបស់យើងនៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រលំហូរភ្នាស (រូបភាពទី 1b និងតារាងបន្ថែមទី 2)។ ទិន្នផលដែលត្រូវគ្នានៃ AA (1536 μmol cm−2 h−1) គឺខ្ពស់ជាងទិន្នផលដែលទទួលបានដោយប្រើដំណើរការកាតាលីករកម្ដៅ (<30 mmol gcatalyst−1 h−1)4។ លើសពីនេះ កាតាលីករបានបង្ហាញពីស្ថេរភាពល្អនៅពេលប្រើ MEA ដោយរក្សា FE >80% AA រយៈពេល 60 ម៉ោងនៅ 200 mA cm−2 និង FE >70% AA រយៈពេល 58 ម៉ោងនៅ 300 mA cm−2។ ជាចុងក្រោយ ការសិក្សាលទ្ធភាពបឋម (FEA) បានបង្ហាញពីប្រសិទ្ធភាពចំណាយនៃយុទ្ធសាស្ត្រអេឡិចត្រូកាតាលីករសម្រាប់ការផលិត AA។
យោងតាមឯកសារមុនៗ Ni(OH)2 គឺជាកាតាលីករធម្មតាដែលបង្ហាញសកម្មភាពល្អសម្រាប់ COR ដូច្នេះ Ni(OH)2-NS13,14 ត្រូវបានសំយោគជាលើកដំបូងតាមរយៈវិធីសាស្ត្រសហตกตะกอน។ គំរូបានបង្ហាញរចនាសម្ព័ន្ធ β-Ni(OH)2 ដែលត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច (XRD; រូបភាពទី 2a) ហើយសន្លឹកណាណូស្តើងបំផុត (កម្រាស់៖ 2–3 nm ទំហំចំហៀង៖ 20–50 nm) ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូនដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ (HRTEM; រូបភាពបន្ថែមទី 1) និងការវាស់វែងមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងអាតូម (AFM) (រូបភាពបន្ថែមទី 2)។ ការប្រមូលផ្តុំនៃសន្លឹកណាណូក៏ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញផងដែរដោយសារតែលក្ខណៈស្តើងបំផុតរបស់វា។
ក. លំនាំឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិចនៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS។ FE, បរិមាណ និងដង់ស៊ីតេចរន្ត AA លើ b. Ni(OH)2-NS និង c. NiV-LDH-NS នៅសក្តានុពលផ្សេងៗគ្នា។ របារកំហុសតំណាងឱ្យគម្លាតស្តង់ដារនៃការវាស់វែងឯករាជ្យចំនួនបីដោយប្រើកាតាលីករដូចគ្នា។ ឃ. រូបភាព HRTEM នៃ NV-LDH-NS។ របារមាត្រដ្ឋាន៖ 20 nm។ រូបភាព HAADF-STEM នៃ NiV-LDH-NS និងផែនទីធាតុដែលត្រូវគ្នាដែលបង្ហាញពីការចែកចាយ Ni (បៃតង), V (លឿង) និង O (ខៀវ)។ របារមាត្រដ្ឋាន៖ 100 nm។ f. ទិន្នន័យ XPS Ni 2p3/2, g O 1 s, និង h V 2p3/2 នៃ Ni(OH)2-NS (កំពូល) និង NiV-LDH-NS (បាត)។ i. FE និង j គឺជាដំណើរការ AA លើកាតាលីករទាំងពីរក្នុងរយៈពេល 7 វដ្ត។ របារកំហុសតំណាងឱ្យគម្លាតស្តង់ដារនៃការវាស់វែងឯករាជ្យចំនួនបីដោយប្រើកាតាលីករដូចគ្នា ហើយស្ថិតនៅក្នុងរង្វង់ 10%។ ទិន្នន័យឆៅសម្រាប់ a–c និង f–j ត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងឯកសារទិន្នន័យឆៅ។
បន្ទាប់មកយើងបានវាយតម្លៃឥទ្ធិពលរបស់ Ni(OH)2-NS លើ COR។ ដោយប្រើអេឡិចត្រូលីសដែលមានសក្តានុពលថេរ យើងទទួលបាន FE 80% នៃ AA នៅសក្តានុពលទាប (1.5 VRHE) ដោយគ្មាន OER (រូបភាពទី 2b) ដែលបង្ហាញថា COR មានភាពអំណោយផលខាងថាមពលជាង OER នៅសក្តានុពលអាណូតទាប។ ផលិតផលរងសំខាន់ត្រូវបានគេរកឃើញថាជាអាស៊ីតគ្លូតារីក (GA) ដែលមាន FE 3%។ វត្តមាននៃបរិមាណដាននៃអាស៊ីតស៊ុកស៊ីនិក (SA) អាស៊ីតម៉ាឡូនិក (MA) និងអាស៊ីតអុកស៊ីលីក (OA) ក៏ត្រូវបានវាស់វែងដោយ HPLC ផងដែរ (សូមមើលរូបភាពបន្ថែមទី 3 សម្រាប់ការចែកចាយផលិតផល)។ មិនមានអាស៊ីតហ្វមិកត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងផលិតផលនោះទេ ដែលបង្ហាញថាកាបូណាតអាចត្រូវបានបង្កើតជាផលិតផលរង C1។ ដើម្បីសាកល្បងសម្មតិកម្មនេះ អេឡិចត្រូលីសពីអេឡិចត្រូលីសពេញលេញនៃស៊ីក្លូហិចសាណូន 0.4 M ត្រូវបានធ្វើឱ្យមានជាតិអាស៊ីត ហើយផលិតផលឧស្ម័នត្រូវបានឆ្លងកាត់ដំណោះស្រាយ Ca(OH)2។ ជាលទ្ធផល ដំណោះស្រាយបានក្លាយទៅជាច្របូកច្របល់ ដែលបញ្ជាក់ពីការបង្កើតកាបូណាតបន្ទាប់ពីអេឡិចត្រូលីស។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារតែអគ្គិសនីសរុបទាបដែលបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការអេឡិចត្រូលីស (រូបភាពទី 2b, c) កំហាប់កាបូណាតមានកម្រិតទាប និងពិបាកក្នុងការវាស់វែងបរិមាណ។ លើសពីនេះ ផលិតផល C2-C5 ផ្សេងទៀតក៏អាចត្រូវបានបង្កើតឡើងផងដែរ ប៉ុន្តែបរិមាណរបស់វាមិនអាចវាស់វែងបរិមាណបានទេ។ ទោះបីជាបរិមាណផលិតផលសរុបពិបាកក្នុងការវាស់វែងបរិមាណក៏ដោយ 90% នៃសមមូលអេឡិចត្រូគីមីសរុបបង្ហាញថាដំណើរការអេឡិចត្រូគីមីភាគច្រើនត្រូវបានកំណត់អត្តសញ្ញាណ ដែលផ្តល់នូវមូលដ្ឋានសម្រាប់ការយល់ដឹងអំពីយន្តការរបស់យើង។ ដោយសារតែដង់ស៊ីតេចរន្តទាប (20 mA cm−2) ទិន្នផលនៃ AA គឺ 97 μmol cm−2 h−1 (រូបភាពទី 2b) ស្មើនឹង 19 mmol h−1 g−1 ដោយផ្អែកលើការផ្ទុកម៉ាស់នៃកាតាលីករ (5 mg cm−2) ដែលទាបជាងផលិតភាពកាតាលីករកម្ដៅ (~30 mmol h−1 g−1)1។ នៅពេលដែលសក្តានុពលដែលបានអនុវត្តបានកើនឡើងពី 1.5 ដល់ 1.9 VRHE ទោះបីជាដង់ស៊ីតេចរន្តសរុបបានកើនឡើងក៏ដោយ (ពី 20 ដល់ 114 mA cm−2) ក៏មានការថយចុះគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ AA FE ក្នុងពេលដំណាលគ្នា ពី 80% ដល់ 42%។ ការថយចុះនៃ FE នៅសក្តានុពលវិជ្ជមានច្រើនជាងនេះ គឺភាគច្រើនដោយសារតែការប្រកួតប្រជែងសម្រាប់ OER។ ជាពិសេសនៅ 1.7 VRHE ការប្រកួតប្រជែង OER នាំឱ្យមានការថយចុះគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ AA FE ដោយហេតុនេះកាត់បន្ថយដំណើរការ AA បន្តិចបន្តួចជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃដង់ស៊ីតេចរន្តសរុប។ ដូច្នេះ ទោះបីជាដង់ស៊ីតេចរន្តដោយផ្នែកនៃ AA បានកើនឡើងពី 16 ដល់ 48 mA cm−2 ហើយផលិតភាព AA បានកើនឡើង (ពី 97 ដល់ 298 μmol cm−2 h−1) ក៏ដោយ ថាមពលបន្ថែមមួយចំនួនធំត្រូវបានប្រើប្រាស់ (2.5 W h gAA−1 បន្ថែមទៀតពី 1.5 ដល់ 1.9 VRHE) ដែលបណ្តាលឱ្យមានការកើនឡើងនៃការបំភាយកាបូនចំនួន 2.7 ក្រាម CO2 gAA−1 (ព័ត៌មានលម្អិតនៃការគណនាត្រូវបានផ្តល់ឱ្យនៅក្នុងកំណត់ចំណាំបន្ថែមទី 1)។ OER ដែលបានកត់សម្គាល់ពីមុនថាជាដៃគូប្រកួតប្រជែងទៅនឹងប្រតិកម្ម COR នៅសក្តានុពលអាណូតខ្ពស់គឺស្របនឹងរបាយការណ៍មុនៗ ហើយតំណាងឱ្យបញ្ហាប្រឈមទូទៅសម្រាប់ការកែលម្អផលិតភាព AA14,17។
ដើម្បីអភិវឌ្ឍកាតាលីករ COR ដែលមានមូលដ្ឋានលើ Ni(OH)2-NS ដែលមានប្រសិទ្ធភាពជាងមុន ដំបូងយើងបានវិភាគដំណាក់កាលសកម្ម។ យើងបានសង្កេតឃើញកំពូលនៅ 473 cm-1 និង 553 cm-1 នៅក្នុងលទ្ធផលវិសាលគមរ៉ាម៉ាននៅនឹងកន្លែងរបស់យើង (រូបភាពបន្ថែមទី 4) ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងការពត់កោង និងការលាតសន្ធឹងនៃចំណង Ni3+-O នៅក្នុង NiOOH រៀងៗខ្លួន។ វាត្រូវបានកត់ត្រាថា NiOOH គឺជាលទ្ធផលនៃការកាត់បន្ថយ Ni(OH)2 និងការប្រមូលផ្តុំ Ni(OH)O នៅសក្តានុពលអាណូត ហើយវាជាដំណាក់កាលសកម្មនៅក្នុងអុកស៊ីតកម្មអេឡិចត្រូកាតាលីក 20,21។ ដូច្នេះ យើងរំពឹងថាការបង្កើនល្បឿនដំណើរការកសាងឡើងវិញនៃ Ni(OH)2 ទៅ NiOOH អាចបង្កើនសកម្មភាពកាតាលីករនៃ COR។
យើងបានព្យាយាមកែប្រែ Ni(OH)2 ជាមួយលោហធាតុផ្សេងៗគ្នា ព្រោះវាត្រូវបានគេសង្កេតឃើញថា ការកែប្រែអេតេរ៉ូអាតូមជំរុញការកសាងឡើងវិញនូវដំណាក់កាលនៅក្នុងអុកស៊ីដលោហៈអន្តរកាល/អ៊ីដ្រូស៊ីត22,23,24។ គំរូត្រូវបានសំយោគដោយការដាក់ Ni រួមគ្នា និងសារធាតុបឋមលោហៈទីពីរ។ ក្នុងចំណោមគំរូដែលបានកែប្រែដោយលោហធាតុផ្សេងៗគ្នា គំរូដែលបានកែប្រែដោយ V (សមាមាត្រអាតូម V:Ni 1:8) (ហៅថា NiV-LDH-NS) បានបង្ហាញដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាងនៅក្នុង COR (រូបភាពបន្ថែមទី 5) និងសំខាន់ជាងនេះទៅទៀត AA FE ខ្ពស់លើបង្អួចសក្តានុពលធំទូលាយ។ ជាពិសេស នៅសក្តានុពលទាប (1.5 VRHE) ដង់ស៊ីតេចរន្តនៃ NiV-LDH-NS គឺខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS 1.9 ដង (39 ទល់នឹង 20 mA cm−2) ហើយ AA FE គឺអាចប្រៀបធៀបបានលើកាតាលីករទាំងពីរ (83% ទល់នឹង 80%)។ ដោយសារតែដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាង និង FE AA ស្រដៀងគ្នា ផលិតភាពរបស់ NiV-LDH-NS គឺខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS 2.1 ដង (204 ទល់នឹង 97 μmol cm−2 h−1) ដែលបង្ហាញពីឥទ្ធិពលជំរុញនៃការកែប្រែ V លើដង់ស៊ីតេចរន្តនៅសក្តានុពលទាប (រូបភាពទី 2c)។
ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសក្តានុពលដែលបានអនុវត្ត (ឧទាហរណ៍ 1.9 VRHE) ដង់ស៊ីតេចរន្តនៅលើ NiV-LDH-NS គឺខ្ពស់ជាង 1.5 ដងជាងនៅលើ Ni(OH)2-NS (170 ទល់នឹង 114 mA cm−2) ហើយការកើនឡើងគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងការកើនឡើងនៅសក្តានុពលទាបជាង (ខ្ពស់ជាង 1.9 ដង)។ ជាពិសេស NiV-LDH-NS រក្សាបាន AA FE ខ្ពស់ (83%) ហើយ OER ត្រូវបានបង្ក្រាបយ៉ាងខ្លាំង (O2 FE 4%; រូបភាពទី 2c) ដែលមានដំណើរការល្អជាង Ni(OH)2-NS និងកាតាលីករដែលបានរាយការណ៍ពីមុនជាមួយនឹង AA FE ទាបជាងច្រើននៅសក្តានុពលអាណូតខ្ពស់ (តារាងបន្ថែមទី 1)។ ដោយសារតែ FE ខ្ពស់នៃ AA នៅក្នុងបង្អួចសក្តានុពលធំទូលាយ (1.5–1.9 VRHE) អត្រាបង្កើត AA ចំនួន 867 μmol cm−2 h−1 (ស្មើនឹង 174.3 mmol g−1 h−1) ត្រូវបានសម្រេចនៅ 1.9 VRHE ដែលបង្ហាញពីដំណើរការអំណោយផលនៅក្នុងប្រព័ន្ធអេឡិចត្រូកាតាលីក និងសូម្បីតែប្រព័ន្ធទែរម៉ូកាតាលីក នៅពេលដែលសកម្មភាពត្រូវបានធ្វើឱ្យមានលក្ខណៈធម្មតាដោយការផ្ទុកម៉ាស់សរុបនៃគំរូ NiV-LDH-NS (រូបភាពបន្ថែមទី 6)។
ដើម្បីយល់ពីដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ និង FE ខ្ពស់លើជួរសក្តានុពលធំទូលាយ បន្ទាប់ពីកែប្រែ Ni(OH)2 ជាមួយ V យើងបានកំណត់លក្ខណៈរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ NiV-LDH-NS។ លទ្ធផល XRD បានបង្ហាញថា ការកែប្រែជាមួយ V បណ្តាលឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលពី β-Ni(OH)2 ទៅ α-Ni(OH)2 ហើយមិនមានប្រភេទគ្រីស្តាល់ដែលទាក់ទងនឹង V ត្រូវបានរកឃើញទេ (រូបភាពទី 2a)។ លទ្ធផល HRTEM បង្ហាញថា NiV-LDH-NS ទទួលមរតករូបវិទ្យានៃសន្លឹកណាណូ Ni(OH)2-NS ស្តើងបំផុត និងមានវិមាត្រចំហៀងស្រដៀងគ្នា (រូបភាពទី 2d)។ ការវាស់វែង AFM បានបង្ហាញពីទំនោរប្រមូលផ្តុំខ្លាំងនៃសន្លឹកណាណូ ដែលបណ្តាលឱ្យមានកម្រាស់ដែលអាចវាស់វែងបានប្រហែល 7 nm (រូបភាពបន្ថែមទី 7) ដែលធំជាងកម្រាស់ Ni(OH)2-NS (កម្រាស់៖ 2–3 nm)។ ការវិភាគផែនទីវិសាលគមកាំរស្មីអ៊ិចដែលបំបែកថាមពល (EDS) (រូបភាពទី 2e) បានបង្ហាញថាធាតុ V និង Ni ត្រូវបានចែកចាយយ៉ាងល្អនៅក្នុងសន្លឹកណាណូ។ ដើម្បី​បញ្ជាក់​ពី​រចនាសម្ព័ន្ធ​អេឡិចត្រូនិក​របស់ V និង​ឥទ្ធិពល​របស់​វា​លើ Ni យើង​បាន​ប្រើ​វិសាលគម​ហ្វូតូអេឡិចត្រុង​កាំរស្មីអ៊ិច (XPS) (រូបភាពទី 2f–h)។ Ni(OH)2-NS បាន​បង្ហាញ​កំពូល​គន្លង​វិល​លក្ខណៈ​របស់ Ni2+ (កំពូល​ស្រី​នៅ 855.6 eV កំពូល​ផ្កាយរណប​នៅ 861.1 eV រូបភាពទី 2f)25។ វិសាលគម XPS O 1 s នៃ Ni(OH)2-NS អាច​ចែក​ចេញ​ជា​បី​កំពូល ដែល​ក្នុង​នោះ​កំពូល​នៅ 529.9, 530.9 និង 532.8 eV ត្រូវ​បាន​សន្មត​ថា​ជា​អុកស៊ីហ្សែន​ឡាទីស (OL) ក្រុម​អ៊ីដ្រូស៊ីល (Ni-OH) និង​អុកស៊ីហ្សែន​ដែល​ស្រូប​យក​លើ​ពិការភាព​ផ្ទៃ (OAds) រៀងៗ​ខ្លួន (រូបភាពទី 2g)26,27,28,29។ បន្ទាប់ពីការកែប្រែជាមួយ V កំពូល V 2p 3/2 បានលេចចេញមក ដែលអាចបំបែកជាកំពូលបីដែលមានទីតាំងនៅ 517.1 eV (V5+), 516.6 eV (V4+) និង 515.8 eV (V3+) រៀងគ្នា ដែលបង្ហាញថាប្រភេទ V នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធភាគច្រើនមាននៅក្នុងស្ថានភាពអុកស៊ីតកម្មខ្ពស់ (រូបភាពទី 2h)25,30,31។ លើសពីនេះ កំពូល Ni 2p នៅ 855.4 eV នៅក្នុង NiV-LDH-NS ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរអវិជ្ជមាន (ប្រហែល 0.2 eV) បើប្រៀបធៀបទៅនឹង Ni(OH)2-NS ដែលបង្ហាញថាអេឡិចត្រុងត្រូវបានផ្ទេរពី V ទៅ Ni។ ស្ថានភាពវ៉ាឡង់ទាបនៃ Ni ដែលសង្កេតឃើញបន្ទាប់ពីការកែប្រែ V គឺស្របនឹងលទ្ធផលនៃការស្រូបកាំរស្មីអ៊ិចជិតគែមរបស់ Ni K-edge (XANES) (សូមមើលផ្នែក "ការកែប្រែ V ជំរុញការកាត់បន្ថយកាតាលីករ" ខាងក្រោមសម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម)។ NiV-LDH-NS បន្ទាប់ពីការព្យាបាល COR រយៈពេល 1 ម៉ោងត្រូវបានកំណត់ថាជា NiV-LDH-POST ហើយត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈពេញលេញដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូន ការគូសផែនទី EDS ការឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច វិសាលគមរ៉ាម៉ាន និងការវាស់វែង XPS (រូបភាពបន្ថែម 8 និង 9)។ កាតាលីករនៅតែជាសារធាតុប្រមូលផ្តុំដែលមានរូបរាងសន្លឹកណាណូស្តើងបំផុត (រូបភាពបន្ថែម 8a-c)។ គ្រីស្តាល់នៃគំរូបានថយចុះ ហើយមាតិកា V បានថយចុះដោយសារតែការលេចធ្លាយ V និងការកសាងកាតាលីករឡើងវិញ (រូបភាពបន្ថែម 8d-f)។ វិសាលគម XPS បានបង្ហាញពីការថយចុះនៃអាំងតង់ស៊ីតេកំពូល V (រូបភាពបន្ថែម 9) ដែលត្រូវបានសន្មតថាជាការលេចធ្លាយ V។ លើសពីនេះ ការវិភាគវិសាលគម O1s (រូបភាពបន្ថែម 9d) និងការវាស់វែងអនុភាពប៉ារ៉ាម៉ាញ៉េទិចអេឡិចត្រុង (EPR) (រូបភាពបន្ថែម 10) បានបង្ហាញថាបរិមាណកន្លែងទំនេរអុកស៊ីសែននៅលើ NiV-LDH-NS បានកើនឡើងបន្ទាប់ពីអេឡិចត្រូលីសរយៈពេល 1 ម៉ោង ដែលអាចនាំឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរអវិជ្ជមាននៃថាមពលចង Ni2p (សូមមើលរូបភាពបន្ថែម 9 និង 10 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម)26,27,32,33។ ដូច្នេះ NiV-LDH-NS បានបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធតិចតួចបន្ទាប់ពី COR 1 ម៉ោង។
ដើម្បីបញ្ជាក់ពីតួនាទីដ៏សំខាន់របស់ V ក្នុងការលើកកម្ពស់ COR យើងបានសំយោគកាតាលីករ NiV-LDH ដែលមានសមាមាត្រអាតូម V:Ni ខុសៗគ្នា (1:32, 1:16 និង 1:4 ដែលត្រូវបានកំណត់ថាជា NiV-32, NiV-16 និង NiV-4 រៀងគ្នា) លើកលែងតែ 1:8 ដោយវិធីសាស្ត្រសហตกตะกอนដូចគ្នា។ លទ្ធផលនៃការគូសផែនទី EDS បង្ហាញថាសមាមាត្រអាតូម V:Ni នៅក្នុងកាតាលីករគឺជិតនឹងសារធាតុបឋម (រូបភាពបន្ថែម 11a-e)។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃការកែប្រែ V អាំងតង់ស៊ីតេនៃវិសាលគម V 2p កើនឡើង ហើយថាមពលចងនៃតំបន់ Ni 2p ផ្លាស់ប្តូរជាបន្តបន្ទាប់ទៅផ្នែកអវិជ្ជមាន (រូបភាពបន្ថែម 12)។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ សមាមាត្រនៃ OL បានកើនឡើងជាលំដាប់។ លទ្ធផលនៃការធ្វើតេស្តកាតាលីករបង្ហាញថា OER អាចត្រូវបានបង្ក្រាបយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព សូម្បីតែបន្ទាប់ពីការកែប្រែ V តិចតួចបំផុត (សមាមាត្រអាតូម V:Ni 1:32) ដោយ O2 FE ថយចុះពី 27% មក 11% នៅ 1.8 VRHE បន្ទាប់ពីការកែប្រែ V (រូបភាពបន្ថែម 11f)។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសមាមាត្រ V:Ni ពី 1:32 ដល់ 1:8 សកម្មភាពកាតាលីករបានកើនឡើង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ជាមួយនឹងការកើនឡើងបន្ថែមទៀតនៃការកែប្រែ V (សមាមាត្រ V:Ni 1:4) ដង់ស៊ីតេចរន្តថយចុះ ដែលយើងស្មានថាគឺដោយសារតែការថយចុះនៃដង់ស៊ីតេនៃទីតាំងសកម្ម Ni (ជាពិសេសដំណាក់កាលសកម្ម NiOOH; រូបភាពបន្ថែម 11f)។ ដោយសារតែឥទ្ធិពលជំរុញនៃការកែប្រែ V និងការអភិរក្សទីតាំងសកម្ម Ni កាតាលីករដែលមានសមាមាត្រ V:Ni 1:8 បានបង្ហាញពីដំណើរការ FE និង AA ខ្ពស់បំផុតនៅក្នុងការធ្វើតេស្តត្រួតពិនិត្យសមាមាត្រ V:Ni។ ដើម្បីបញ្ជាក់ថាតើសមាមាត្រ V:Ni នៅតែថេរបន្ទាប់ពីអេឡិចត្រូលីសឬអត់ សមាសធាតុនៃកាតាលីករដែលបានប្រើត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈ។ លទ្ធផលបង្ហាញថា សម្រាប់កាតាលីករដែលមានសមាមាត្រ V:Ni ដំបូងពី 1:16 ដល់ 1:4 សមាមាត្រ V:Ni បានថយចុះមកប្រហែល 1:22 បន្ទាប់ពីប្រតិកម្ម ដែលអាចបណ្តាលមកពីការលេចធ្លាយ V ដោយសារតែការកសាងកាតាលីករឡើងវិញ (រូបភាពបន្ថែម 13)។ ចំណាំថា AA FEs ដែលអាចប្រៀបធៀបបានត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅពេលដែលសមាមាត្រ V:Ni ដំបូងគឺស្មើនឹង ឬខ្ពស់ជាង 1:16 (រូបភាពបន្ថែម 11f) ដែលអាចត្រូវបានពន្យល់ដោយការកសាងកាតាលីករឡើងវិញ ដែលបណ្តាលឱ្យមានសមាមាត្រ V:Ni ស្រដៀងគ្នានៅក្នុងកាតាលីករដែលបង្ហាញពីដំណើរការកាតាលីករដែលអាចប្រៀបធៀបបាន។
ដើម្បីបញ្ជាក់បន្ថែមអំពីសារៈសំខាន់នៃ Ni(OH)2 ដែលកែប្រែដោយ V ក្នុងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព COR យើងបានបង្កើតវិធីសាស្រ្តសំយោគពីរផ្សេងទៀតដើម្បីណែនាំ V ទៅក្នុងសម្ភារៈ Ni(OH)2-NS។ មួយគឺជាវិធីសាស្រ្តលាយ ហើយគំរូត្រូវបានគេហៅថា NiV-MIX; មួយទៀតគឺជាវិធីសាស្រ្ត sputtering ជាបន្តបន្ទាប់ ហើយគំរូត្រូវបានគេហៅថា NiV-SP។ ព័ត៌មានលម្អិតនៃការសំយោគត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងផ្នែកវិធីសាស្រ្ត។ ការគូសផែនទី SEM-EDS បានបង្ហាញថា V ត្រូវបានកែប្រែដោយជោគជ័យនៅលើផ្ទៃ Ni(OH)2-NS នៃគំរូទាំងពីរ (រូបភាពបន្ថែម 14)។ លទ្ធផលអេឡិចត្រូលីសបង្ហាញថានៅ 1.8 VRHE ប្រសិទ្ធភាព AA លើអេឡិចត្រូត NiV-MIX និង NiV-SP គឺ 78% និង 79% រៀងគ្នា ដែលទាំងពីរបង្ហាញពីប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS (51%)។ លើសពីនេះ OER លើអេឡិចត្រូត NiV-MIX និង NiV-SP ត្រូវបានបង្ក្រាប (FE O2: 7% និង 2% រៀងគ្នា) បើប្រៀបធៀបទៅនឹង Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%)។ លទ្ធផលទាំងនេះបញ្ជាក់ពីឥទ្ធិពលវិជ្ជមាននៃការកែប្រែ V នៅក្នុង Ni(OH)2 លើការបង្ក្រាប OER (រូបភាពបន្ថែមទី 14)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ស្ថេរភាពនៃកាតាលីករត្រូវបានសម្របសម្រួល ដែលត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងដោយការថយចុះនៃ FE AA លើ NiV-MIX មកត្រឹម 45% និងលើ NiV-SP មកត្រឹម 35% បន្ទាប់ពីវដ្ត COR ចំនួនប្រាំពីរ ដែលបញ្ជាក់ពីតម្រូវការក្នុងការអនុម័តវិធីសាស្រ្តសមស្របដើម្បីធ្វើឱ្យប្រភេទ V មានស្ថេរភាព ដូចជាការកែប្រែ V នៅក្នុងបណ្តាញ Ni(OH)2 នៅក្នុង NiV-LDH-NS ដែលជាកាតាលីករសំខាន់នៅក្នុងការងារនេះ។
យើងក៏បានវាយតម្លៃស្ថេរភាពនៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ដោយការធ្វើឱ្យ COR ស្ថិតនៅក្រោមវដ្តច្រើនដង។ ប្រតិកម្មត្រូវបានអនុវត្តរយៈពេល 1 ម៉ោងក្នុងមួយវដ្ត ហើយអេឡិចត្រូលីតត្រូវបានជំនួសបន្ទាប់ពីវដ្តនីមួយៗ។ បន្ទាប់ពីវដ្តទី 7 ការអនុវត្ត FE និង AA លើ Ni(OH)2-NS បានថយចុះ 50% និង 60% រៀងគ្នា ខណៈពេលដែលការកើនឡើងនៃ OER ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញ (រូបភាពទី 2i, j)។ បន្ទាប់ពីវដ្តនីមួយៗ យើងបានវិភាគខ្សែកោងវ៉ុលតាមីវដ្ត (CV) នៃកាតាលីករ ហើយបានសង្កេតឃើញថាកំពូលអុកស៊ីតកម្មនៃ Ni2+ បានថយចុះបន្តិចម្តងៗ ដែលបង្ហាញពីការថយចុះនៃសមត្ថភាពរីដុករបស់ Ni (រូបភាពបន្ថែម 15a–c)។ រួមជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃកំហាប់កាតូន Ni នៅក្នុងអេឡិចត្រូលីសក្នុងអំឡុងពេលអេឡិចត្រូលីស (រូបភាពបន្ថែម 15d) យើងសន្មតថាការថយចុះនៃការអនុវត្ត (ផលិតភាព FE និង AA ថយចុះ) ទៅនឹងការលេចធ្លាយ Ni ពីកាតាលីករ ដែលបណ្តាលឱ្យមានការប៉ះពាល់កាន់តែច្រើននៃស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានស្នោ Ni ដែលបង្ហាញសកម្មភាព OER។ ផ្ទុយទៅវិញ NiV-LDH-NS បានបន្ថយល្បឿននៃការធ្លាក់ចុះនៃផលិតភាព FE និង AA មកត្រឹម 10% (រូបភាពទី 2i, j) ដែលបង្ហាញថាការកែប្រែ V បានរារាំងការលេចធ្លាយ Ni យ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព (រូបភាពបន្ថែម 15d)។ ដើម្បីយល់ពីស្ថេរភាពប្រសើរឡើងនៃការកែប្រែ V យើងបានអនុវត្តការគណនាទ្រឹស្តី។ យោងតាមអក្សរសិល្ប៍មុនៗ 34,35 ការផ្លាស់ប្តូរអង់តាល់ពីនៃដំណើរការបន្សាបលោហធាតុនៃអាតូមលោហៈនៅលើផ្ទៃសកម្មនៃកាតាលីករអាចត្រូវបានប្រើជាការពិពណ៌នាសមហេតុផលដើម្បីវាយតម្លៃស្ថេរភាពកាតាលីករ។ ដូច្នេះការផ្លាស់ប្តូរអង់តាល់ពីនៃដំណើរការបន្សាបលោហធាតុនៃអាតូម Ni នៅលើផ្ទៃ (100) នៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ដែលបានកសាងឡើងវិញ (NiOOH និង NiVOOH រៀងគ្នា) ត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណ (ព័ត៌មានលម្អិតនៃការសាងសង់គំរូត្រូវបានពិពណ៌នានៅក្នុងកំណត់ចំណាំបន្ថែម 2 និងរូបភាពបន្ថែម 16)។ ដំណើរការបន្សាបលោហធាតុនៃ Ni ពី NiOOH និង NiVOOH ត្រូវបានបង្ហាញ (រូបភាពបន្ថែម 17)។ តម្លៃថាមពលនៃការដកលោហៈធាតុ Ni ចេញលើ NiVOOH (0.0325 eV) គឺខ្ពស់ជាងតម្លៃលើ NiOOH (0.0005 eV) ដែលបង្ហាញថាការកែប្រែ V បង្កើនស្ថេរភាពរបស់ NiOOH។
ដើម្បីបញ្ជាក់ពីឥទ្ធិពលរារាំង OER លើ NiV-LDH-NS ជាពិសេសនៅសក្តានុពលអាណូតខ្ពស់ ការវិភាគម៉ាសអេឡិចត្រូគីមីឌីផេរ៉ង់ស្យែល (DEMS) ត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីស៊ើបអង្កេតការបង្កើត O2 ដែលពឹងផ្អែកលើសក្តានុពលលើគំរូផ្សេងៗគ្នា។ លទ្ធផលបានបង្ហាញថា ក្នុងករណីដែលគ្មានស៊ីក្លូហិចសាណូន O2 លើ NiV-LDH-NS បានលេចឡើងនៅសក្តានុពលដំបូង 1.53 VRHE ដែលទាបជាង O2 លើ Ni(OH)2-NS បន្តិច (1.62 VRHE) (រូបភាពបន្ថែម 18)។ លទ្ធផលនេះបង្ហាញថា ការរារាំង OER លើ NiV-LDH-NS ក្នុងអំឡុងពេល COR អាចមិនមែនដោយសារតែសកម្មភាព OER ទាបរបស់វានោះទេ ដែលស្របនឹងដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាងបន្តិចនៅក្នុងខ្សែកោងវ៉ុលតាមីលីនេអ៊ែរ (LSV) លើ NiV-LDH-NS ជាងលើ Ni(OH)2-NS ដោយគ្មានស៊ីក្លូហិចសាណូន (រូបភាពបន្ថែម 19)។ បន្ទាប់ពីការណែនាំស៊ីក្លូហិចសាណូន ការវិវត្តន៍ O2 ដែលយឺតយ៉ាវ (អាចបណ្តាលមកពីគុណសម្បត្តិទែរម៉ូឌីណាមិករបស់ COR) ពន្យល់ពី FE ខ្ពស់របស់ AA នៅក្នុងតំបន់សក្តានុពលទាប។ អ្វីដែលសំខាន់ជាងនេះទៅទៀត សក្តានុពលចាប់ផ្តើម OER លើ NiV-LDH-NS (1.73 VRHE) គឺយឺតយ៉ាវជាងលើ Ni(OH)2-NS (1.65 VRHE) ដែលស្របនឹង FE ខ្ពស់របស់ AA និង FE ទាបរបស់ O2 លើ NiV-LDH-NS នៅសក្តានុពលវិជ្ជមានជាង (រូបភាពទី 2c)។
ដើម្បីយល់បន្ថែមអំពីឥទ្ធិពលជំរុញនៃការកែប្រែ V យើងបានវិភាគចលនវិទ្យាប្រតិកម្ម OER និង COR លើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ដោយវាស់ស្ទង់ជម្រាល Tafel របស់វា។ គួរកត់សម្គាល់ថាដង់ស៊ីតេចរន្តនៅក្នុងតំបន់ Tafel គឺដោយសារតែអុកស៊ីតកម្មនៃ Ni2+ ទៅ Ni3+ ក្នុងអំឡុងពេលធ្វើតេស្ត LSV ពីសក្តានុពលទាបទៅសក្តានុពលខ្ពស់។ ដើម្បីកាត់បន្ថយឥទ្ធិពលនៃអុកស៊ីតកម្ម Ni2+ លើការវាស់ស្ទង់ជម្រាល Tafel COR ដំបូងយើងបានអុកស៊ីតកម្មកាតាលីករនៅ 1.8 VRHE រយៈពេល 10 នាទី ហើយបន្ទាប់មកបានធ្វើតេស្ត LSV ក្នុងរបៀបស្កេនបញ្ច្រាស ពោលគឺពីសក្តានុពលខ្ពស់ទៅសក្តានុពលទាប (រូបភាពបន្ថែម 20)។ ខ្សែកោង LSV ដើមត្រូវបានកែតម្រូវជាមួយនឹងសំណង iR 100% ដើម្បីទទួលបានជម្រាល Tafel។ ក្នុងករណីដែលគ្មានស៊ីក្លូហិចសាណូន ជម្រាល Tafel នៃ NiV-LDH-NS (41.6 mV dec−1) គឺទាបជាង Ni(OH)2-NS (65.5 mV dec−1) ដែលបង្ហាញថាចលនវិទ្យា OER អាចត្រូវបានបង្កើនដោយការកែប្រែ V (រូបភាពបន្ថែម 20c)។ បន្ទាប់ពីការណែនាំស៊ីក្លូហិចសាណូន ជម្រាល Tafel នៃ NiV-LDH-NS (37.3 mV dec−1) គឺទាបជាង Ni(OH)2-NS (127.4 mV dec−1) ដែលបង្ហាញថាការកែប្រែ V មានឥទ្ធិពលចលនវិទ្យាច្បាស់លាស់ជាងលើ COR បើប្រៀបធៀបជាមួយ OER (រូបភាពបន្ថែម 20d)។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថា ទោះបីជាការកែប្រែ V ជំរុញ OER ក្នុងកម្រិតខ្លះក៏ដោយ វាបង្កើនល្បឿនចលនវិទ្យា COR យ៉ាងសំខាន់ ដែលបណ្តាលឱ្យមានការកើនឡើងនៃ FE នៃ AA។
ដើម្បីយល់ពីឥទ្ធិពលជំរុញនៃការកែប្រែ V ខាងលើទៅលើដំណើរការរបស់ FE និង AA យើងបានផ្តោតលើការសិក្សាយន្តការ។ របាយការណ៍មួយចំនួនមុនបានបង្ហាញថា ការកែប្រែ heteroatom អាចកាត់បន្ថយគ្រីស្តាល់នៃកាតាលីករ និងបង្កើនផ្ទៃសកម្មអេឡិចត្រូគីមី (EAS) ដោយហេតុនេះបង្កើនចំនួនកន្លែងសកម្ម ហើយដូច្នេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសកម្មភាពកាតាលីករ36,37។ ដើម្បីស៊ើបអង្កេតលទ្ធភាពនេះ យើងបានធ្វើការវាស់វែង ECSA មុន និងក្រោយការធ្វើឱ្យសកម្មអេឡិចត្រូគីមី ហើយលទ្ធផលបានបង្ហាញថា ECSA នៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS គឺអាចប្រៀបធៀបបាន (រូបភាពបន្ថែម 21) ដោយមិនរាប់បញ្ចូលឥទ្ធិពលនៃដង់ស៊ីតេកន្លែងសកម្មបន្ទាប់ពីការកែប្រែ V លើការបង្កើនកាតាលីករ។
យោងតាមចំណេះដឹងដែលទទួលយកជាទូទៅ នៅក្នុងអេឡិចត្រូអុកស៊ីតកម្មដែលជំរុញដោយ Ni(OH)2 នៃអាល់កុល ឬស្រទាប់ខាងក្រោមនុយក្លេអូហ្វីលីកផ្សេងទៀត Ni(OH)2 ដំបូងបាត់បង់អេឡិចត្រុង និងប្រូតុង ហើយបន្ទាប់មកត្រូវបានកាត់បន្ថយទៅជា NiOOH តាមរយៈជំហានអេឡិចត្រូគីមីនៅសក្តានុពលអាណូតជាក់លាក់មួយ38,39,40,41។ NiOOH ដែលបានបង្កើតឡើងបន្ទាប់មកដើរតួជាប្រភេទ COR សកម្មពិតប្រាកដដើម្បីទាញយកអ៊ីដ្រូសែន និងអេឡិចត្រុងចេញពីស្រទាប់ខាងក្រោមនុយក្លេអូហ្វីលីកតាមរយៈជំហានគីមីដើម្បីបង្កើតជាផលិតផលអុកស៊ីតកម្ម20,41។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ថ្មីៗនេះមានរបាយការណ៍ថា ទោះបីជាការកាត់បន្ថយទៅជា NiOOH អាចបម្រើជាជំហានកំណត់អត្រា (RDS) សម្រាប់អេឡិចត្រូអុកស៊ីតកម្មនៃអាល់កុលលើ Ni(OH)2 ដូចដែលបានណែនាំនៅក្នុងអក្សរសិល្ប៍ថ្មីៗនេះ អុកស៊ីតកម្មនៃអាល់កុល Ni3+ អាចជាដំណើរការដោយឯកឯងតាមរយៈការផ្ទេរអេឡិចត្រុងមិនមែនរីដុកតាមរយៈគន្លងដែលមិនមានការកាន់កាប់របស់ Ni3+41,42។ ដោយ​បាន​បំផុសគំនិត​ដោយ​ការសិក្សា​យន្តការ​ដែល​បាន​រាយការណ៍​នៅក្នុង​ឯកសារ​ដូចគ្នា យើង​បាន​ប្រើ​អំបិល dimethylglyoxime disodium octahydrate (C4H6N2Na2O2 8H2O) ជា​ម៉ូលេគុល​ស៊ើបអង្កេត​ដើម្បី​ចាប់យក​ការបង្កើត Ni2+ ណាមួយ​ដែល​ជា​លទ្ធផល​នៃ​ការកាត់បន្ថយ Ni3+ អំឡុងពេល COR (រូបភាពបន្ថែម 22 និង​កំណត់ចំណាំបន្ថែម 3)។ លទ្ធផល​បាន​បង្ហាញ​ពី​ការបង្កើត Ni2+ ដែល​បញ្ជាក់ថា​ការកាត់បន្ថយ​គីមី​នៃ NiOOH និង​អេឡិចត្រូអុកស៊ីតកម្ម​នៃ Ni(OH)2 បាន​កើតឡើង​ក្នុងពេល​ដំណាលគ្នា​ក្នុងអំឡុងពេល​ដំណើរការ COR។ ដូច្នេះ សកម្មភាព​កាតាលីករ​អាច​ពឹងផ្អែក​យ៉ាង​សំខាន់​ទៅលើ​ចលនវិទ្យា​នៃ​ការកាត់បន្ថយ Ni(OH)2 ទៅ NiOOH។ ដោយផ្អែកលើ​គោលការណ៍​នេះ បន្ទាប់​មក​យើង​បាន​ស៊ើបអង្កេត​ថាតើ​ការកែប្រែ V នឹង​ពន្លឿន​ការកាត់បន្ថយ Ni(OH)2 ហើយ​ដូច្នេះ​ធ្វើអោយ​ប្រសើរឡើង​នូវ COR ដែរឬទេ។
ដំបូងឡើយ យើងបានប្រើបច្ចេកទេសរ៉ាម៉ាននៅនឹងកន្លែង ដើម្បីបង្ហាញថា NiOOH គឺជាដំណាក់កាលសកម្មសម្រាប់ COR លើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ដោយសង្កេតឃើញការបង្កើត NiOOH នៅសក្តានុពលវិជ្ជមាន និងការប្រើប្រាស់ជាបន្តបន្ទាប់របស់វា បន្ទាប់ពីការណែនាំស៊ីក្លូហិចសាណូន ដោយធ្វើតាមដំណើរការ "អេឡិចត្រូគីមី-គីមី" ដែលបានរៀបរាប់ខាងលើ (រូបភាពទី 3a)។ លើសពីនេះ ប្រតិកម្មនៃ NiV-LDH-NS ដែលបានកសាងឡើងវិញលើសពី Ni(OH)2-NS ដូចដែលបានបង្ហាញដោយការបាត់ខ្លួនលឿននៃសញ្ញារ៉ាម៉ាន Ni3+–O។ បន្ទាប់មកយើងបានបង្ហាញថា NiV-LDH-NS បានបង្ហាញពីសក្តានុពលវិជ្ជមានតិចជាងសម្រាប់ការបង្កើត NiOOH បើប្រៀបធៀបទៅនឹង Ni(OH)2-NS នៅក្នុងវត្តមាន ឬអវត្តមាននៃស៊ីក្លូហិចសាណូន (រូបភាពទី 3b, c និងរូបភាពបន្ថែមទី 4c, d)។ ជាពិសេស ការអនុវត្ត OER ដ៏ល្អប្រសើររបស់ NiV-LDH-NS បណ្តាលឱ្យមានពពុះច្រើនជាប់នៅលើកញ្ចក់ខាងមុខនៃវត្ថុវាស់រ៉ាម៉ាន ដែលបណ្តាលឱ្យកំពូលរ៉ាម៉ាននៅ 1.55 VRHE បាត់ (រូបភាពបន្ថែមទី 4d)។ យោងតាមលទ្ធផល DEMS (រូបភាពបន្ថែម 18) ដង់ស៊ីតេចរន្តនៅសក្តានុពលទាប (VRHE < 1.58 សម្រាប់ Ni(OH)2-NS និង VRHE < 1.53 សម្រាប់ NiV-LDH-NS) ភាគច្រើនដោយសារតែការកសាងឡើងវិញនៃអ៊ីយ៉ុង Ni2+ ជាជាង OER ដោយគ្មាន cyclohexanone។ ដូច្នេះ កំពូលអុកស៊ីតកម្មនៃ Ni2+ នៅក្នុងខ្សែកោង LSV គឺខ្លាំងជាងខ្សែកោង NiV-LDH-NS ដែលបង្ហាញថាការកែប្រែ V ផ្តល់ឱ្យ NiV-LDH-NS នូវសមត្ថភាពកែលម្អឡើងវិញកាន់តែប្រសើរ (សូមមើលរូបភាពបន្ថែម 19 សម្រាប់ការវិភាគលម្អិត)។
ក. វិសាលគមរ៉ាម៉ាននៅនឹងកន្លែងនៃ Ni(OH)2-NS (ខាងឆ្វេង) និង NiV-LDH-NS (ខាងស្តាំ) ក្រោមលក្ខខណ្ឌ OCP បន្ទាប់ពីការប្រតិកម្មមុននៅ 1.5 VRHE ក្នុង 0.5 M KOH និង 0.4 M cyclohexanone រយៈពេល 60 វិនាទី។ ខ. វិសាលគមរ៉ាម៉ាននៅនឹងកន្លែងនៃ Ni(OH)2-NS និង c. NiV-LDH-NS ក្នុង 0.5 M KOH + 0.4 M cyclohexanone នៅសក្តានុពលផ្សេងៗគ្នា។ ឃ. វិសាលគម XANES នៅនឹងកន្លែងនៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS នៅគែម Ni K ក្នុង 0.5 M KOH និង e. 0.5 M KOH និង 0.4 M cyclohexanone។ រូបភាពតូចបង្ហាញតំបន់វិសាលគមដែលបានពង្រីករវាង 8342 និង 8446 eV។ ច. ស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃ Ni ក្នុង Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS នៅសក្តានុពលផ្សេងៗគ្នា។ g វិសាលគម Ni EXAFS នៅនឹងកន្លែងនៃ NiV-LDH-NS មុន និងក្រោយការបញ្ចូល cyclohexanone នៅសក្តានុពលផ្សេងៗគ្នា។ h គំរូទ្រឹស្តីនៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS។ ខាងលើ៖ នៅលើ Ni(OH)2-NS ការរៀបចំឡើងវិញយឺតៗពី Ni(OH)2-NS ទៅ NiOOH ដើរតួជា RDS ខណៈពេលដែល cyclohexanone កាត់បន្ថយប្រភេទ Ni ដែលមានវ៉ុលខ្ពស់តាមរយៈជំហានគីមីដើម្បីរក្សាស្ថានភាព Ni ដែលមានវ៉ុលទាបដើម្បីបង្កើត AA។ ខាងក្រោម៖ នៅលើ NiV-LDH-NS ជំហានរៀបចំឡើងវិញត្រូវបានសម្របសម្រួលដោយការកែប្រែ V ដែលបណ្តាលឱ្យមានការផ្ទេរ RDS ពីជំហានរៀបចំឡើងវិញទៅជំហានគីមី។ i ថាមពលសេរី Gibbs ផ្លាស់ប្តូរនៅពេលកសាងឡើងវិញនៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS។ ទិន្នន័យឆៅសម្រាប់ aj និង i ត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងឯកសារទិន្នន័យឆៅ។
ដើម្បីស៊ើបអង្កេតការវិវត្តន៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធអាតូម និងអេឡិចត្រូនិចក្នុងអំឡុងពេលកាត់បន្ថយកាតាលីករ យើងបានធ្វើការពិសោធន៍វិសាលគមស្រូបយកកាំរស្មីអ៊ិច (XAS) នៅនឹងកន្លែង ដែលផ្តល់នូវឧបករណ៍ដ៏មានឥទ្ធិពលមួយដើម្បីស៊ើបអង្កេតឌីណាមិកនៃប្រភេទ Ni ក្នុងជំហានបីជាប់ៗគ្នា៖ OER ការចាក់ស៊ីក្លូហិចសាណូន និង COR នៅសក្តានុពលសៀគ្វីបើកចំហ (OCP)។ រូបភាពនេះបង្ហាញពីវិសាលគម XANES គែម K របស់ Ni ជាមួយនឹងសក្តានុពលកើនឡើងមុន និងក្រោយការចាក់ស៊ីក្លូហិចសាណូន (រូបភាពទី 3d, e)។ នៅសក្តានុពលដូចគ្នា ថាមពលគែមស្រូបយករបស់ NiV-LDH-NS គឺវិជ្ជមានជាង Ni(OH)2-NS (រូបភាពទី 3d, e, បញ្ចូល)។ វ៉ាឡង់ជាមធ្យមរបស់ Ni ក្រោមលក្ខខណ្ឌនីមួយៗត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណដោយការសមបញ្ចូលគ្នាលីនេអ៊ែរនៃវិសាលគម XANES និងតំរែតំរង់នៃការផ្លាស់ប្តូរថាមពលស្រូបយកគែម K របស់ Ni (រូបភាពទី 3f) ជាមួយនឹងវិសាលគមយោងដែលយកចេញពីអក្សរសិល្ប៍ដែលបានបោះពុម្ពផ្សាយ (រូបភាពបន្ថែម 23)43។
នៅក្នុងជំហានដំបូង (មុនពេលការណែនាំស៊ីក្លូហិចសាណូន ដែលត្រូវគ្នានឹងដំណើរការ OER; រូបភាពទី 3f ខាងឆ្វេង) នៅសក្តានុពលនៃកាតាលីករដែលមិនទាន់បានសាងសង់ឡើងវិញ (<1.3 VRHE) ស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃ Ni ក្នុង NiV-LDH-NS (+1.83) គឺទាបជាង Ni(OH)2-NS បន្តិច (+1.97) ដែលអាចសន្មតថាជាការផ្ទេរអេឡិចត្រុងពី V ទៅ Ni ស្របនឹងលទ្ធផល XPS ដែលបានរៀបរាប់ខាងលើ (រូបភាពទី 2f)។ នៅពេលដែលសក្តានុពលលើសពីចំណុចកាត់បន្ថយ (1.5 VRHE) ស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃ Ni ក្នុង NiV-LDH-NS (+3.28) បង្ហាញពីការកើនឡើងជាក់ស្តែងជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹង Ni(OH)2-NS (+2.49)។ នៅសក្តានុពលខ្ពស់ជាង (1.8 VRHE) ស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃភាគល្អិត Ni ដែលទទួលបានលើ NiV-LDH-NS (+3.64) គឺខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS (+3.47)។ យោងតាមរបាយការណ៍ថ្មីៗនេះ ដំណើរការនេះត្រូវគ្នាទៅនឹងការបង្កើតប្រភេទ Ni4+ ដែលមានតម្លៃខ្ពស់នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ Ni3+xOOH1-x (Ni3+x គឺជាប្រភេទចម្រុះនៃ Ni3+ និង Ni4+) ដែលពីមុនបានបង្ហាញពីសកម្មភាពកាតាលីករកាន់តែប្រសើរឡើងនៅក្នុងការបញ្ចេញជាតិអាល់កុល 38,39,44។ ដូច្នេះ ដំណើរការដ៏អស្ចារ្យរបស់ NiV-LDH-NS នៅក្នុង COR អាចបណ្តាលមកពីការកាត់បន្ថយកាន់តែប្រសើរឡើងដើម្បីបង្កើតប្រភេទ Ni ដែលមានតម្លៃខ្ពស់ដែលមានសកម្មភាពកាតាលីករ។
នៅក្នុងជំហានទីពីរ (ការណែនាំអំពីស៊ីក្លូហិចសាណូនបន្ទាប់ពីការបើកក្រវ៉ាត់ រូបភាពទី 3f) ស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃ Ni លើកាតាលីករទាំងពីរបានថយចុះគួរឱ្យកត់សម្គាល់ ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងដំណើរការកាត់បន្ថយនៃ Ni3+xOOH1-x ដោយស៊ីក្លូហិចសាណូន ដែលស្របនឹងលទ្ធផលនៃវិសាលគមរ៉ាម៉ាននៅនឹងកន្លែង (រូបភាពទី 3a) ហើយស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃ Ni ស្ទើរតែងើបឡើងវិញទៅសភាពដំបូង (ជំហានដំបូងនៅសក្តានុពលទាប) ដែលបង្ហាញពីភាពអាចបញ្ច្រាស់បាននៃដំណើរការរីដុកនៃ Ni ទៅ Ni3+xOOH1-x។
នៅក្នុងជំហានទីបី (ដំណើរការ COR) នៅសក្តានុពល COR (1.5 និង 1.8 VRHE; រូបភាពទី 3f ខាងស្តាំ) ស្ថានភាពវ៉ាឡង់នៃ Ni ក្នុង Ni(OH)2-NS បានកើនឡើងបន្តិចបន្តួចប៉ុណ្ណោះ (+2.16 និង +2.40) ដែលទាបជាងយ៉ាងខ្លាំងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងសក្តានុពលដូចគ្នានៅក្នុងជំហានទីមួយ (+2.49 និង +3.47)។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថា បន្ទាប់ពីការចាក់ថ្នាំ cyclohexanone COR ត្រូវបានកំណត់ដោយចលនាវិទ្យាដោយអុកស៊ីតកម្មយឺតនៃ Ni2+ ទៅ Ni3+x (ពោលគឺការកសាងឡើងវិញនូវ Ni) ជាជាងដោយជំហានគីមីរវាង NiOOH និង cyclohexanone លើ Ni(OH)2-NS ដែលធ្វើឱ្យ Ni ស្ថិតក្នុងស្ថានភាពវ៉ាឡង់ទាប។ ដូច្នេះ យើងសន្និដ្ឋានថា ការកសាងឡើងវិញនូវ Ni អាចបម្រើជា RDS នៅក្នុងដំណើរការ COR លើ Ni(OH)2-NS។ ផ្ទុយទៅវិញ NiV-LDH-NS រក្សាបាននូវវ៉ាឡង់ខ្ពស់នៃប្រភេទ Ni (>3) ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ COR ហើយវ៉ាឡង់បានថយចុះតិចជាងច្រើន (តិចជាង 0.2) បើប្រៀបធៀបទៅនឹងជំហានដំបូងនៅសក្តានុពលដូចគ្នា (1.65 និង 1.8 VRHE) ដែលបង្ហាញថាការកែប្រែ V បានជំរុញដោយចលនានៃអុកស៊ីតកម្មនៃ Ni2+ ទៅ Ni3+x ដែលធ្វើឱ្យដំណើរការកាត់បន្ថយ Ni លឿនជាងជំហានគីមីនៃការកាត់បន្ថយ cyclohexanone។ លទ្ធផលនៃរចនាសម្ព័ន្ធស្រូបយកកាំរស្មីអ៊ិចដ៏ល្អិតល្អន់ដែលបានពង្រីក (EXAFS) ក៏បានបង្ហាញពីការបំលែងពេញលេញនៃចំណង Ni-O (ពី 1.6 ដល់ 1.4 Å) និង Ni-Ni(V) (ពី 2.8 ដល់ 2.4 Å) នៅក្នុងវត្តមាននៃ cyclohexanone។ នេះគឺស្របជាមួយនឹងការកសាងឡើងវិញនៃដំណាក់កាល Ni(OH)2 ទៅជាដំណាក់កាល NiOOH និងការកាត់បន្ថយគីមីនៃដំណាក់កាល NiOOH ដោយ cyclohexanone (រូបភាពទី 3g)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ស៊ីក្លូហិចសាណូនបានរារាំងយ៉ាងខ្លាំងដល់ចលនវិទ្យាកាត់បន្ថយនៃ Ni(OH)2-NS (សូមមើលកំណត់ចំណាំបន្ថែមទី 4 និងរូបភាពបន្ថែមទី 24 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម)។
ជារួម នៅលើ Ni(OH)2-NS (រូបភាពទី 3 ម៉ោង ផ្នែកខាងលើ) ជំហានកាត់បន្ថយយឺតៗពីដំណាក់កាល Ni(OH)2 ទៅដំណាក់កាល NiOOH អាចបម្រើជា RDS នៃដំណើរការ COR ទាំងមូល ជាជាងជំហានគីមីនៃការបង្កើត AA ពី cyclohexanone ក្នុងអំឡុងពេលកាត់បន្ថយគីមីនៃ NiOOH។ នៅលើ NiV-LDH-NS (រូបភាពទី 3 ម៉ោង ខាងក្រោម) ការកែប្រែ V បង្កើនចលនវិទ្យាអុកស៊ីតកម្មនៃ Ni2+ ទៅ Ni3+x ដោយហេតុនេះបង្កើនល្បឿននៃការបង្កើត NiVOOH (ជាជាងការប្រើប្រាស់ដោយការកាត់បន្ថយគីមី) ដែលផ្លាស់ប្តូរ RDS ឆ្ពោះទៅរកជំហានគីមី។ ដើម្បីយល់ពីការកសាងឡើងវិញ Ni ដែលបង្កឡើងដោយការកែប្រែ V យើងបានធ្វើការគណនាទ្រឹស្តីបន្ថែមទៀត។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3 ម៉ោង យើងបានក្លែងធ្វើដំណើរការកសាងឡើងវិញនៃ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS។ ក្រុមអ៊ីដ្រូស៊ីលឡាទីសនៅលើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ត្រូវបាន deprotonated ដោយការទាញយក OH- នៅក្នុងអេឡិចត្រូលីត ដើម្បីបង្កើតជាឡាទីសអុកស៊ីសែនដែលខ្វះអេឡិចត្រុង។ ប្រតិកម្មគីមីដែលត្រូវគ្នាមានដូចខាងក្រោម៖
ការប្រែប្រួលថាមពលសេរី Gibbs នៃការកសាងឡើងវិញត្រូវបានគណនា (រូបភាពទី 3i) ហើយ NiV-LDH-NS (0.81 eV) បានបង្ហាញពីការប្រែប្រួលថាមពលសេរី Gibbs តូចជាង Ni(OH)2-NS (1.66 eV) ដែលបង្ហាញថាការកែប្រែ V បានកាត់បន្ថយវ៉ុលដែលត្រូវការសម្រាប់ការកសាងឡើងវិញ Ni។ យើងជឿជាក់ថាការលើកកម្ពស់ការកសាងឡើងវិញអាចបន្ថយរបាំងថាមពលនៃ COR ទាំងមូល (សូមមើលការសិក្សាអំពីយន្តការប្រតិកម្មខាងក្រោមសម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត) ដោយហេតុនេះបង្កើនល្បឿនប្រតិកម្មនៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាង។
ការវិភាគខាងលើបង្ហាញថា ការកែប្រែ V បណ្តាលឱ្យមានការរៀបចំដំណាក់កាលឡើងវិញយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃ Ni(OH)2 ដោយហេតុនេះបង្កើនអត្រាប្រតិកម្ម និងជាលទ្ធផល ដង់ស៊ីតេចរន្ត COR។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ទីតាំង Ni3+x ក៏អាចជំរុញសកម្មភាព OER ផងដែរ។ ពីខ្សែកោង LSV ដោយគ្មាន cyclohexanone វាច្បាស់ណាស់ថា ដង់ស៊ីតេចរន្តនៃ NiV-LDH-NS គឺខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS (រូបភាពបន្ថែម 19) ដែលបណ្តាលឱ្យប្រតិកម្ម COR និង OER បង្កើតជាប្រតិកម្មប្រកួតប្រជែង។ ដូច្នេះ FE ខ្ពស់ជាងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ AA ជាង NiV-LDH-NS មិនអាចពន្យល់បានពេញលេញដោយការកែប្រែ V ដែលជំរុញការរៀបចំដំណាក់កាលឡើងវិញនោះទេ។
ជាទូទៅគេទទួលយកថា នៅក្នុងឧបករណ៍ផ្សព្វផ្សាយអាល់កាឡាំង ប្រតិកម្មអេឡិចត្រូអុកស៊ីតកម្មនៃស្រទាប់ខាងក្រោមនុយក្លេអូហ្វីលីកជាធម្មតាធ្វើតាមគំរូ Langmuir–Hinshelwood (LH)។ ជាពិសេស ស្រទាប់ខាងក្រោម និងអានីយ៉ុង OH− ត្រូវបានស្រូបយករួមគ្នានៅលើផ្ទៃកាតាលីករ ហើយ OH− ដែលស្រូបយកត្រូវបានកត់សុីទៅជាក្រុមអ៊ីដ្រូស៊ីលសកម្ម (OH*) ដែលបម្រើជាអេឡិចត្រូហ្វីលសម្រាប់អុកស៊ីតកម្មនៃនុយក្លេអូហ្វីល ដែលជាយន្តការដែលត្រូវបានបង្ហាញពីមុនដោយទិន្នន័យពិសោធន៍ និង/ឬការគណនាទ្រឹស្តី 45,46,47។ ដូច្នេះ កំហាប់នៃសារធាតុប្រតិកម្ម និងសមាមាត្ររបស់វា (ស្រទាប់ខាងក្រោមសរីរាង្គ និង OH−) អាចគ្រប់គ្រងការគ្របដណ្តប់សារធាតុប្រតិកម្មនៃផ្ទៃកាតាលីករ ដោយហេតុនេះប៉ះពាល់ដល់ FE និងទិន្នផលនៃផលិតផលគោលដៅ 14,48,49,50។ ក្នុងករណីរបស់យើង យើងសន្និដ្ឋានថា ការគ្របដណ្តប់លើផ្ទៃស៊ីក្លូហិចសាណូនខ្ពស់នៅក្នុង NiV-LDH-NS ពេញចិត្តដំណើរការ COR ហើយផ្ទុយទៅវិញ ការគ្របដណ្តប់លើផ្ទៃស៊ីក្លូហិចសាណូនទាបនៅក្នុង Ni(OH)2-NS ពេញចិត្តដំណើរការ OER។
ដើម្បីសាកល្បងសម្មតិកម្មខាងលើ ដំបូងយើងបានធ្វើការពិសោធន៍ពីរស៊េរីដែលទាក់ទងនឹងកំហាប់សារធាតុប្រតិកម្ម (C, cyclohexanone និង COH−)។ ការពិសោធន៍ដំបូងត្រូវបានអនុវត្តជាមួយអេឡិចត្រូលីសនៅសក្តានុពលថេរ (1.8 VRHE) លើកាតាលីករ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ជាមួយនឹងមាតិកា cyclohexanone C ខុសៗគ្នា (0.05 ~ 0.45 M) និងមាតិកា COH− ថេរ (0.5 M)។ បន្ទាប់មក ផលិតភាព FE និង AA ត្រូវបានគណនា។ សម្រាប់កាតាលីករ NiV-LDH-NS ទំនាក់ទំនងរវាងទិន្នផល AA និង cyclohexanone C បានបង្ហាញខ្សែកោង "ប្រភេទភ្នំភ្លើង" ធម្មតានៅក្នុងរបៀប LH (រូបភាពទី 4a) ដែលបង្ហាញថាការគ្របដណ្តប់ cyclohexanone ខ្ពស់ប្រកួតប្រជែងជាមួយនឹងការស្រូបយក OH−។ ខណៈពេលដែលសម្រាប់ Ni(OH)2-NS ទិន្នផល AA បានកើនឡើងជាលំដាប់ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃ C2 នៃ cyclohexanone ពី 0.05 ដល់ 0.45 M ដែលបង្ហាញថាទោះបីជាកំហាប់ភាគច្រើននៃ cyclohexanone មានកម្រិតខ្ពស់ (0.45 M) ក៏ដោយ ការគ្របដណ្តប់លើផ្ទៃរបស់វានៅតែទាប។ លើសពីនេះ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃ COH− ដល់ 1.5 M ខ្សែកោង "ប្រភេទភ្នំភ្លើង" ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅលើ Ni(OH)2-NS អាស្រ័យលើ C2 នៃ cyclohexanone ហើយចំណុចឆ្លុះនៃការអនុវត្តត្រូវបានពន្យារពេលបើប្រៀបធៀបជាមួយ NiV-LDH-NS ដែលបញ្ជាក់បន្ថែមទៀតអំពីការស្រូបយកខ្សោយនៃ cyclohexanone លើ Ni(OH)2-NS (រូបភាពបន្ថែម 25a និងកំណត់ចំណាំ 5)។ លើសពីនេះ FE នៃ AA លើ NiV-LDH-NS មានភាពរសើបខ្លាំងចំពោះ C-cyclohexanone ហើយបានកើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័សដល់ជាង 80% នៅពេលដែល C-cyclohexanone ត្រូវបានបង្កើនពី 0.05 M ដល់ 0.3 M ដែលបង្ហាញថា cyclohexanone ងាយនឹងបង្កើនលើ NiV-LDH-NS (រូបភាពទី 4b)។ ផ្ទុយទៅវិញ ការបង្កើនកំហាប់ C-cyclohexanone មិនបានរារាំង OER លើ Ni(OH)2-NS យ៉ាងសំខាន់នោះទេ ដែលអាចបណ្តាលមកពីការស្រូបយក cyclohexanone មិនគ្រប់គ្រាន់។ ផ្ទុយទៅវិញ ការស៊ើបអង្កេតបន្ថែមអំពីការពឹងផ្អែកនៃ COH− លើប្រសិទ្ធភាពកាតាលីករក៏បានបញ្ជាក់ថា ការស្រូបយក cyclohexanone ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងបើប្រៀបធៀបជាមួយ NiV-LDH-NS ដែលអាចអត់ធ្មត់ COH− ខ្ពស់ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ COR ដោយមិនបន្ថយ FE នៃ AA (រូបភាពបន្ថែម 25b, c និងកំណត់ចំណាំ 5)។
ផលិតភាពនៃ AA និង EF នៃ b Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS លើ cyclohexanone ដែលមាន C2 ខុសៗគ្នាក្នុង 0.5 M KOH។ c ថាមពលស្រូបយកនៃ cyclohexanone លើ NiOOH និង NiVOOH។ d FE នៃ AA លើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ក្នុង 0.5 M KOH និង 0.4 M cyclohexanone នៅ 1.80 VRHE ដោយប្រើយុទ្ធសាស្ត្រសក្តានុពលមិនជាប់គ្នា និងថេរ។ របារកំហុសតំណាងឱ្យគម្លាតស្តង់ដារនៃការវាស់វែងឯករាជ្យចំនួនបីដោយប្រើគំរូដូចគ្នា និងស្ថិតនៅក្នុងរង្វង់ 10%។ e ខាងលើ៖ នៅលើ Ni(OH)2-NS cyclohexanone ដែលមានផ្ទៃ C ទាបត្រូវបានស្រូបយកដោយ cyclohexanone ខ្សោយ ដែលបណ្តាលឱ្យមានការប្រកួតប្រជែងខ្លាំងសម្រាប់ OER។ ខាងក្រោម៖ នៅលើ NiV-LDH-NS កំហាប់ផ្ទៃខ្ពស់នៃ cyclohexanone C ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញជាមួយនឹងការស្រូបយក cyclohexanone កើនឡើង ដែលបណ្តាលឱ្យមានការបង្ក្រាប OER។ ទិន្នន័យឆៅសម្រាប់ a–d ត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងឯកសារទិន្នន័យឆៅ។
ដើម្បីសាកល្បងការស្រូបយក cyclohexanone កាន់តែប្រសើរឡើងលើ NiV-LDH-NS យើងបានប្រើមីក្រូតុល្យភាពគ្រីស្តាល់ក្វាតស៍ភ្ជាប់អេឡិចត្រូគីមី (E-QCM) ដើម្បីតាមដានការផ្លាស់ប្តូរម៉ាស់នៃប្រភេទសារធាតុដែលស្រូបយកក្នុងពេលវេលាជាក់ស្តែង។ លទ្ធផលបានបង្ហាញថាសមត្ថភាពស្រូបយកដំបូងនៃ cyclohexanone លើ NiV-LDH-NS គឺធំជាង 1.6 ដងជាងលើ Ni(OH)2-NS នៅក្នុងស្ថានភាព OCP ហើយភាពខុសគ្នានៃសមត្ថភាពស្រូបយកនេះបានកើនឡើងបន្ថែមទៀតនៅពេលដែលសក្តានុពលកើនឡើងដល់ 1.5 VRHE (រូបភាពបន្ថែម 26)។ ការគណនា DFT ដែលមានប៉ូលបង្វិលត្រូវបានអនុវត្តដើម្បីស៊ើបអង្កេតឥរិយាបថស្រូបយករបស់ cyclohexanone លើ NiOOH និង NiVOOH (រូបភាពទី 4c)។ ស៊ីក្លូហិចសាណូនស្រូបចូលទៅក្នុងមជ្ឈមណ្ឌល Ni លើ NiOOH ជាមួយនឹងថាមពលស្រូបយក (Eads) -0.57 eV ខណៈពេលដែលស៊ីក្លូហិចសាណូនអាចស្រូបចូលទៅក្នុងមជ្ឈមណ្ឌល Ni ឬមជ្ឈមណ្ឌល V លើ NiVOOH ដែលមជ្ឈមណ្ឌល V ផ្តល់នូវ Eads ទាបជាងច្រើន (-0.69 eV) ស្របនឹងការស្រូបយកស៊ីក្លូហិចសាណូនខ្លាំងជាងដែលសង្កេតឃើញនៅលើ NiVOOH។
ដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់បន្ថែមទៀតថា ការស្រូបយកស៊ីក្លូហិចសាណូនដែលប្រសើរឡើងអាចជំរុញការបង្កើត AA និងរារាំង OER យើងបានប្រើយុទ្ធសាស្ត្រសក្តានុពលមិនបន្តដើម្បីបង្កើនស៊ីក្លូហិចសាណូននៅលើផ្ទៃកាតាលីករ (សម្រាប់ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS) ដែលត្រូវបានបំផុសគំនិតដោយរបាយការណ៍មុនៗ។ 51, 52 ជាពិសេស យើងបានអនុវត្តសក្តានុពល 1.8 VRHE ទៅ COR បន្ទាប់មកប្តូរវាទៅសភាព OCP ហើយបន្ទាប់មកប្តូរវាត្រឡប់ទៅ 1.8 VRHE វិញ។ ក្នុងករណីនេះ ស៊ីក្លូហិចសាណូនអាចកកកុញនៅលើផ្ទៃកាតាលីករនៅក្នុងសភាព OCP រវាងអេឡិចត្រូលីស (សូមមើលផ្នែកវិធីសាស្រ្តសម្រាប់នីតិវិធីលម្អិត)។ លទ្ធផលបានបង្ហាញថា សម្រាប់ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ការប្រើប្រាស់អេឡិចត្រូលីសសក្តានុពលមិនបន្តបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវដំណើរការកាតាលីករបើប្រៀបធៀបទៅនឹងអេឡិចត្រូលីសសក្តានុពលថេរ (រូបភាពទី 4d)។ ជាពិសេស Ni(OH)2-NS បានបង្ហាញពីភាពប្រសើរឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ជាងនៅក្នុង COR (AA FE: ពី 51% ដល់ 82%) និងការបង្ក្រាប OER (O2 FE: ពី 27% ដល់ 4%) ជាង NiV-LDH-NS ដែលត្រូវបានសន្មតថាជាការពិតដែលថាការប្រមូលផ្តុំ cyclohexanone អាចត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងក្នុងកម្រិតធំជាងនៅលើកាតាលីករដែលមានសមត្ថភាពស្រូបយកខ្សោយជាង (ឧ. Ni(OH)2-NS) ដោយអេឡិចត្រូលីសសក្តានុពលមិនទៀងទាត់។
ជារួម ការរារាំង OER លើ NiV-LDH-NS អាចបណ្តាលមកពីការស្រូបយក cyclohexanone កាន់តែប្រសើរឡើង (រូបភាពទី 4e)។ លើ Ni(OH)2-NS (រូបភាពទី 4e ផ្នែកខាងលើ) ការស្រូបយក cyclohexanone ខ្សោយបានបណ្តាលឱ្យមានការគ្របដណ្តប់ cyclohexanone ទាប និងការគ្របដណ្តប់ OH* ខ្ពស់នៅលើផ្ទៃកាតាលីករ។ ដូច្នេះ ប្រភេទ OH* លើសនឹងនាំឱ្យមានការប្រកួតប្រជែងខ្លាំងសម្រាប់ OER និងកាត់បន្ថយ FE នៃ AA។ ផ្ទុយទៅវិញ លើ NiV-LDH-NS (រូបភាពទី 4e ខាងក្រោម) ការកែប្រែ V បានបង្កើនសមត្ថភាពស្រូបយក cyclohexanone ដោយហេតុនេះបង្កើនផ្ទៃ C នៃ cyclohexanone និងប្រើប្រាស់ប្រភេទ OH* ដែលស្រូបយកប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់ COR ដែលជំរុញការបង្កើត AA និងរារាំង OER។
បន្ថែមពីលើការស៊ើបអង្កេតពីឥទ្ធិពលនៃការកែប្រែ V លើការកសាងឡើងវិញនូវប្រភេទ Ni និងការស្រូបយក cyclohexanone យើងក៏បានស៊ើបអង្កេតផងដែរថាតើ V ផ្លាស់ប្តូរផ្លូវបង្កើត AA ពី COR ដែរឬទេ។ ផ្លូវ COR ផ្សេងៗគ្នាជាច្រើនត្រូវបានស្នើឡើងនៅក្នុងអក្សរសិល្ប៍ ហើយយើងបានវិភាគលទ្ធភាពរបស់ពួកវានៅក្នុងប្រព័ន្ធប្រតិកម្មរបស់យើង (សូមមើលរូបភាពបន្ថែម 27 និងកំណត់ចំណាំបន្ថែម 6 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម)13,14,26។ ដំបូង វាត្រូវបានរាយការណ៍ថាជំហានដំបូងនៃផ្លូវ COR អាចពាក់ព័ន្ធនឹងការកត់សុីដំបូងនៃ cyclohexanone ដើម្បីបង្កើតជាអន្តរការីសំខាន់ 2-hydroxycyclohexanone (2)13,14។ ដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់ដំណើរការ យើងបានប្រើ 5,5-dimethyl-1-pyrrolidine N-oxide (DMPO) ដើម្បីចាប់អន្តរការីសកម្មដែលស្រូបយកនៅលើផ្ទៃកាតាលីករ ហើយបានសិក្សា EPR។ លទ្ធផល EPR បានបង្ហាញពីវត្តមាននៃរ៉ាឌីកាល់ដែលផ្តោតលើ C (R) និងរ៉ាឌីកាល់អ៊ីដ្រូស៊ីល (OH) លើកាតាលីករទាំងពីរក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ COR ដែលបង្ហាញថាការដកអ៊ីដ្រូសែន Cα − H នៃស៊ីក្លូហិចសាណូនបង្កើតជារ៉ាឌីកាល់អ៊ីណូឡាតកម្រិតមធ្យម (1) ដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានកត់សុីបន្ថែមទៀតដោយ OH* ដើម្បីបង្កើតជា 2 (រូបភាពទី 5a និងរូបភាពបន្ថែមទី 28)។ ទោះបីជាកម្រិតមធ្យមដូចគ្នាត្រូវបានកំណត់អត្តសញ្ញាណនៅលើកាតាលីករទាំងពីរក៏ដោយ ប្រភាគផ្ទៃនៃសញ្ញា R លើ NiV-LDH-NS គឺខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS ដែលអាចបណ្តាលមកពីសមត្ថភាពស្រូបយកស៊ីក្លូហិចសាណូនប្រសើរឡើង (តារាងបន្ថែមទី 3 និងកំណត់ចំណាំទី 7)។ យើងបានប្រើ 2 និង 1,2-ស៊ីក្លូហិចសាណេឌីអូន (3) ជាសារធាតុប្រតិកម្មចាប់ផ្តើមសម្រាប់អេឡិចត្រូលីសដើម្បីសាកល្បងថាតើ V នឹងកែប្រែជំហានអុកស៊ីតកម្មជាបន្តបន្ទាប់ឬអត់។ លទ្ធផលអេឡិចត្រូលីសនៃសមាសធាតុមធ្យមដែលមានសក្តានុពល (2 និង 3) លើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS បានបង្ហាញពីជម្រើសផលិតផលដែលអាចប្រៀបធៀបបាន ដែលបង្ហាញថាប្រតិកម្ម COR លើ Ni(OH)2-NS ឬ NiV-LDH-NS បានដំណើរការតាមរយៈផ្លូវស្រដៀងគ្នា (រូបភាពទី 5b)។ លើសពីនេះ AA គឺជាផលិតផលសំខាន់លុះត្រាតែ 2 ត្រូវបានប្រើជាសារធាតុប្រតិកម្ម ដែលបង្ហាញថា AA ត្រូវបានទទួលតាមរយៈដំណើរការអុកស៊ីតកម្មដោយផ្ទាល់តាមរយៈការកាត់ចំណង Cα − Cβ នៃ 2 ជាជាងអុកស៊ីតកម្មជាបន្តបន្ទាប់ទៅជា 3 លើកាតាលីករទាំងពីរ ព្រោះវាត្រូវបានបំប្លែងជាចម្បងទៅជា GA នៅពេលដែល 3 ត្រូវបានប្រើជាសារធាតុប្រតិកម្មចាប់ផ្តើម (រូបភាពបន្ថែម 29, 30)។
សញ្ញា EPR នៃ NiV-LDH-NS ក្នុង 0.5 M KOH + 0.4 M cyclohexanone។ ខ លទ្ធផលនៃការវិភាគអេឡិចត្រូកាតាលីកនៃ 2-hydroxycyclohexanone (2) និង 1,2-cyclohexanedione (3)។ អេឡិចត្រូលីសត្រូវបានអនុវត្តក្នុង 0.5 M KOH និង 0.1 M 2 ឬ 3 នៅ 1.8 VRE រយៈពេលមួយម៉ោង។ របារកំហុសតំណាងឱ្យគម្លាតស្តង់ដារនៃការវាស់វែងឯករាជ្យពីរដោយប្រើកាតាលីករដូចគ្នា។ គ ផ្លូវប្រតិកម្មដែលបានស្នើឡើងនៃ COR លើកាតាលីករទាំងពីរ។ ឃ រូបភាពគ្រោងការណ៍នៃផ្លូវ COR លើ Ni(OH)2-NS (ឆ្វេង) និង ឃ NiV-LDH-NS (ស្តាំ)។ ព្រួញពណ៌ក្រហមបង្ហាញពីជំហានដែលការកែប្រែ V លើកកម្ពស់នៅក្នុងដំណើរការ COR។ ទិន្នន័យឆៅសម្រាប់ a និង b ត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងឯកសារទិន្នន័យឆៅ។
ជារួម យើងបានបង្ហាញថា Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ជំរុញ COR តាមរយៈផ្លូវស្រដៀងគ្នា៖ ស៊ីក្លូហិចសាណូនត្រូវបានស្រូបយកនៅលើផ្ទៃកាតាលីករ បន្សាបអ៊ីដ្រូសែន ហើយបាត់បង់អេឡិចត្រុងទៅជាទម្រង់ 1 ដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានកត់សុីដោយ OH* ដើម្បីបង្កើតជា 2 បន្ទាប់មកដោយការបំលែងច្រើនជំហានដើម្បីបង្កើត AA (រូបភាពទី 5c)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅពេលដែលស៊ីក្លូហិចសាណូនត្រូវបានប្រើជាសារធាតុប្រតិកម្ម ការប្រកួតប្រជែង OER ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញតែលើ Ni(OH)2-NS ប៉ុណ្ណោះ ខណៈពេលដែលបរិមាណអុកស៊ីសែនទាបបំផុតត្រូវបានប្រមូលនៅពេលដែល 2 និង 3 ត្រូវបានប្រើជាសារធាតុប្រតិកម្ម។ ដូច្នេះ ភាពខុសគ្នាដែលសង្កេតឃើញនៅក្នុងដំណើរការកាតាលីករអាចបណ្តាលមកពីការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងរបាំងថាមពល RDS និងសមត្ថភាពស្រូបយកស៊ីក្លូហិចសាណូនដែលបណ្តាលមកពីការកែប្រែ V ជាជាងការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងផ្លូវប្រតិកម្ម។ ដូច្នេះយើងបានវិភាគ RDS នៃផ្លូវប្រតិកម្មនៅលើកាតាលីករទាំងពីរ។ លទ្ធផលនៃការវិភាគវិសាលគមសូរស័ព្ទកាំរស្មីអ៊ិចនៅនឹងកន្លែងដែលបានរៀបរាប់ខាងលើបង្ហាញថា ការកែប្រែ V ផ្លាស់ប្តូរ RDS នៅក្នុងប្រតិកម្ម COR ពីដំណាក់កាលកសាងឡើងវិញទៅដំណាក់កាលគីមី ដោយរក្សាដំណាក់កាល NiOOH និងប្រភេទ Ni ដែលមានតម្លៃខ្ពស់ឱ្យនៅដដែលនៅលើ NiV-LDH-NS (រូបភាពទី 3f រូបភាពបន្ថែម 24 និងកំណត់ចំណាំទី 4)។ យើងបានវិភាគបន្ថែមទៀតអំពីដំណើរការប្រតិកម្មដែលតំណាងដោយដង់ស៊ីតេចរន្តនៅក្នុងផ្នែកនីមួយៗនៃតំបន់សក្តានុពលផ្សេងៗគ្នាក្នុងអំឡុងពេលវាស់វែង CV (សូមមើលរូបភាពបន្ថែម 31 និងកំណត់ចំណាំទី 8 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត) និងបានធ្វើការពិសោធន៍ផ្លាស់ប្តូរអ៊ីសូតូបចលនវិទ្យា H/D ដែលបានបង្ហាញរួមគ្នាថា RDS នៃ COR លើ NiV-LDH-NS ពាក់ព័ន្ធនឹងការកាត់ចំណង Cα − H នៅក្នុងដំណាក់កាលគីមីជាជាងដំណាក់កាលកាត់បន្ថយ (សូមមើលរូបភាពបន្ថែម 32 និងកំណត់ចំណាំទី 8 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម)។
ដោយផ្អែកលើការវិភាគខាងលើ ឥទ្ធិពលរួមនៃការកែប្រែ V ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5d។ កាតាលីករ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ឆ្លងកាត់ការកសាងឡើងវិញលើផ្ទៃនៅសក្តានុពលអាណូតខ្ពស់ ហើយជំរុញ COR តាមរយៈផ្លូវស្រដៀងគ្នា។ នៅលើ Ni(OH)2-NS (រូបភាពទី 5d ខាងឆ្វេង) ជំហានកសាងឡើងវិញគឺ RDS ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ COR; ខណៈពេលដែលនៅលើ NiV-LDH-NS (រូបភាពទី 5d ខាងស្តាំ) ការកែប្រែ V បានពន្លឿនដំណើរការកសាងឡើងវិញយ៉ាងសំខាន់ និងបានបំប្លែង RDS ទៅជា Cα−H dehydrogenation នៃ cyclohexanone ដើម្បីបង្កើតជា 1។ លើសពីនេះ ការស្រូបយក cyclohexanone បានកើតឡើងនៅកន្លែង V ហើយត្រូវបានបង្កើននៅលើ NiV-LDH-NS ដែលបានរួមចំណែកដល់ការបង្ក្រាប OER។
ដោយពិចារណាលើដំណើរការអេឡិចត្រូកាតាលីកដ៏ល្អឥតខ្ចោះរបស់ NiV-LDH-NS ជាមួយនឹង FE ខ្ពស់លើជួរសក្តានុពលធំទូលាយ យើងបានរចនា MEA ដើម្បីសម្រេចបាននូវការផលិត AA ជាបន្តបន្ទាប់។ MEA ត្រូវបានផ្គុំឡើងដោយប្រើ NiV-LDH-NS ជាអាណូត PtRu/C ពាណិជ្ជកម្មជាកាតូត53 និងភ្នាសផ្លាស់ប្តូរអានីយ៉ុង (ប្រភេទ៖ FAA-3-50) (រូបភាពទី 6a និងរូបភាពបន្ថែម 33)54។ ដោយសារវ៉ុលកោសិកាបានថយចុះ ហើយ FE នៃ AA អាចប្រៀបធៀបបានជាមួយ 0.5 M KOH នៅក្នុងការសិក្សាខាងលើ កំហាប់អាណូលីតត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដល់ 1 M KOH (រូបភាពបន្ថែម 25c)។ ខ្សែកោង LSV ដែលបានកត់ត្រាត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភាពបន្ថែម 34 ដែលបង្ហាញថាប្រសិទ្ធភាព COR របស់ NiV-LDH-NS គឺខ្ពស់ជាង Ni(OH)2-NS យ៉ាងខ្លាំង។ ដើម្បីបង្ហាញពីឧត្តមភាពរបស់ NiV-LDH-NS អេឡិចត្រូលីសចរន្តថេរត្រូវបានអនុវត្តជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេចរន្តជំហានចាប់ពី 50 ដល់ 500 mA cm−2 ហើយវ៉ុលកោសិកាដែលត្រូវគ្នាត្រូវបានកត់ត្រា។ លទ្ធផលបានបង្ហាញថា NiV-LDH-NS បានបង្ហាញវ៉ុលកោសិកា 1.76 V នៅដង់ស៊ីតេចរន្ត 300 mA cm−2 ដែលទាបជាង Ni(OH)2-NS (2.09 V) ប្រហែល 16% ដែលបង្ហាញពីប្រសិទ្ធភាពថាមពលខ្ពស់របស់វាក្នុងការផលិត AA (រូបភាពទី 6b)។
ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃថ្មលំហូរ។ ខ វ៉ុលកោសិកាដោយគ្មានការផ្តល់សំណង iR លើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ក្នុង 1 M KOH និង 0.4 M cyclohexanone នៅដង់ស៊ីតេចរន្តខុសៗគ្នា។ គ ទិន្នផល AA និង FE លើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS នៅដង់ស៊ីតេចរន្តខុសៗគ្នា។ របារកំហុសតំណាងឱ្យគម្លាតស្តង់ដារនៃការវាស់វែងឯករាជ្យពីរដោយប្រើកាតាលីករដូចគ្នា។ ឃ ការប្រៀបធៀបដំណើរការកាតាលីករនៃការងាររបស់យើងជាមួយប្រព័ន្ធថ្មលំហូរដែលបានរាយការណ៍ផ្សេងទៀត14,17,19។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រប្រតិកម្ម និងលក្ខណៈប្រតិកម្មត្រូវបានរាយបញ្ជីលម្អិតនៅក្នុងតារាងបន្ថែម 2។ ង វ៉ុលកោសិកា និង FE នៃ AA លើ NiV-LDH-NS នៅ 200 និង 300 mA cm−2 នៅក្នុងការធ្វើតេស្តរយៈពេលវែងរៀងៗខ្លួន។ ទិន្នន័យឆៅសម្រាប់ be ត្រូវបានផ្តល់ជាឯកសារទិន្នន័យឆៅ។
ទន្ទឹមនឹងនេះ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 6c NiV-LDH-NS ជាទូទៅរក្សាបាន FE ល្អ (83% ដល់ 61%) នៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ (200 ដល់ 500 mA cm-2) ដោយហេតុនេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវផលិតភាព AA (1031 ដល់ 1900 μmol cm-2 h-1)។ ទន្ទឹមនឹងនេះ មានតែ 0.8% នៃអានីយ៉ុងអាស៊ីតអាឌីពិកប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងផ្នែកកាតូតបន្ទាប់ពីអេឡិចត្រូលីស ដែលបង្ហាញថាការផ្លាស់ប្តូរស៊ីក្លូហិចសាណូនមិនសំខាន់ក្នុងករណីរបស់យើងទេ (រូបភាពបន្ថែមទី 35)។ ផ្ទុយទៅវិញ ជាមួយនឹងអត្រាកើនឡើងដូចគ្នានៃដង់ស៊ីតេចរន្ត FE នៃ AA លើ Ni(OH)2-NS បានថយចុះពី 61% មក 34% ដែលធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការកែលម្អផលិតភាព AA (762 ដល់ 1050 μmol cm-2 h-1)។ ជាពិសេស ដំណើរការរបស់ AA បានថយចុះបន្តិចបន្តួចដោយសារតែការប្រកួតប្រជែងខ្លាំងពី OER ហើយដូច្នេះ FE របស់ AA បានថយចុះយ៉ាងខ្លាំងជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃដង់ស៊ីតេចរន្ត (ពី 200 ដល់ 250 mA cm−2 រូបភាពបន្ថែមទី 5)។ តាមដែលយើងដឹង លទ្ធផលកាតាលីករដោយប្រើ MEA ជាមួយកាតាលីករ NiV-LDH-NS លើសពីដំណើរការរបស់រ៉េអាក់ទ័រលំហូរដែលបានរាយការណ៍ពីមុនជាមួយនឹងកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើ Ni (តារាងបន្ថែមទី 2)។ លើសពីនេះ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 6d NiV-LDH-NS បានបង្ហាញពីគុណសម្បត្តិយ៉ាងសំខាន់ទាក់ទងនឹងដង់ស៊ីតេចរន្ត វ៉ុលកោសិកា និង FE របស់ AA បើប្រៀបធៀបទៅនឹងកាតាលីករដែលមានមូលដ្ឋានលើ Co ដែលមានដំណើរការល្អបំផុត ពោលគឺ Co3O4 ដែលគាំទ្រដោយ graphene (Co3O4/GDY)17។ លើសពីនេះ យើងបានវាយតម្លៃការប្រើប្រាស់ថាមពលនៃការផលិត AA ហើយបានបង្ហាញថា ការប្រើប្រាស់ AA មានកម្រិតទាបណាស់ ត្រឹមតែ 2.4 W h gAA-1 នៅដង់ស៊ីតេចរន្ត 300 mA cm-2 និងវ៉ុលកោសិកា 1.76 V (ការគណនាលម្អិតត្រូវបានផ្តល់ជូននៅក្នុងកំណត់ចំណាំបន្ថែមទី 1)។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងលទ្ធផលល្អបំផុត 4.1 W h gAA-1 សម្រាប់ Co3O4/GDY ដែលបានរាយការណ៍ពីមុន ការប្រើប្រាស់ថាមពលសម្រាប់ការផលិត AA នៅក្នុងការងាររបស់យើងត្រូវបានកាត់បន្ថយ 42% ហើយផលិតភាពត្រូវបានកើនឡើង 4 ដង (1536 ទល់នឹង 319 μmol cm-2 h-1)17។
ស្ថេរភាពនៃកាតាលីករ NiV-LDH-NS សម្រាប់ការផលិត AA រយៈពេលវែងនៅក្នុង MEA ត្រូវបានវាយតម្លៃនៅដង់ស៊ីតេចរន្ត 200 និង 300 mA cm-2 រៀងគ្នា (រូបភាពទី 6e)។ ដោយសារតែ OH− ត្រូវបានប្រើប្រាស់លឿនជាងមុននៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាងនេះ អត្រានៃការបន្តអេឡិចត្រូលីតនៅ 300 mA cm-2 គឺខ្ពស់ជាងអត្រានៅ 200 mA cm-2 (សូមមើលផ្នែករង "ការវាស់វែងអេឡិចត្រូគីមី" សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។ នៅដង់ស៊ីតេចរន្ត 200 mA cm-2 ប្រសិទ្ធភាព COR ជាមធ្យមគឺ 93% ក្នុងរយៈពេល 6 ម៉ោងដំបូង បន្ទាប់មកថយចុះបន្តិចមក 81% បន្ទាប់ពី 60 ម៉ោង ខណៈពេលដែលវ៉ុលកោសិកាបានកើនឡើងបន្តិច 7% (ពី 1.62 V ដល់ 1.73 V) ដែលបង្ហាញពីស្ថេរភាពល្អ។ ដោយសារដង់ស៊ីតេចរន្តកើនឡើងដល់ 300 mA cm−2 ប្រសិទ្ធភាព AA នៅតែមិនផ្លាស់ប្តូរស្ទើរតែទាំងស្រុង (ថយចុះពី 85% មក 72%) ប៉ុន្តែវ៉ុលកោសិកាបានកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ (ពី 1.71 ដល់ 2.09 V ដែលត្រូវនឹង 22%) ក្នុងអំឡុងពេលធ្វើតេស្ត 46 ម៉ោង (រូបភាពទី 6e)។ យើងសន្និដ្ឋានថាមូលហេតុចម្បងនៃការថយចុះប្រសិទ្ធភាពគឺការច្រេះនៃភ្នាសផ្លាស់ប្តូរអានីយ៉ុង (AEM) ដោយស៊ីក្លូហិចសាណូន ដែលនាំឱ្យមានការកើនឡើងនៃភាពធន់នៃកោសិកា និងវ៉ុលនៃកោសិកាអេឡិចត្រូលីស (រូបភាពបន្ថែមទី 36) អមដោយការលេចធ្លាយអេឡិចត្រូលីតបន្តិចបន្តួចពីអាណូតទៅកាតូត ដែលបណ្តាលឱ្យបរិមាណអាណូលីតថយចុះ និងតម្រូវការបញ្ឈប់អេឡិចត្រូលីស។ លើសពីនេះ ការថយចុះនៃ FE នៃ AA ក៏អាចបណ្តាលមកពីការលេចធ្លាយកាតាលីករ ដែលអំណោយផលដល់ការបើកស្នោ Ni សម្រាប់ OER។ ដើម្បីបង្ហាញពីផលប៉ះពាល់នៃ AEM ដែលច្រេះទៅលើការរិចរិលស្ថេរភាពនៅ 300 mA cm−2 យើងបានជំនួសវាដោយ AEM ថ្មីមួយបន្ទាប់ពីអេឡិចត្រូលីសរយៈពេល 46 ម៉ោង។ ដូចការរំពឹងទុក ប្រសិទ្ធភាពកាតាលីករត្រូវបានស្តារឡើងវិញយ៉ាងច្បាស់ ដោយវ៉ុលកោសិកាថយចុះគួរឱ្យកត់សម្គាល់ដល់តម្លៃដំបូង (ពី 2.09 ដល់ 1.71 V) ហើយបន្ទាប់មកកើនឡើងបន្តិចក្នុងអំឡុងពេល 12 ម៉ោងបន្ទាប់នៃអេឡិចត្រូលីស (ពី 1.71 ដល់ 1.79 V កើនឡើង 5%; រូបភាពទី 6e)។
ជារួម យើងអាចសម្រេចបាននូវស្ថេរភាពផលិតកម្ម AA ជាបន្តបន្ទាប់រយៈពេល 60 ម៉ោង នៅដង់ស៊ីតេចរន្ត 200 mA cm−2 ដែលបង្ហាញថា FE និងវ៉ុលកោសិការបស់ AA ត្រូវបានរក្សាយ៉ាងល្អ។ យើងក៏បានសាកល្បងដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាង 300 mA cm−2 ហើយសម្រេចបានស្ថេរភាពរួម 58 ម៉ោង ដោយជំនួស AEM ដោយ AEM ថ្មីបន្ទាប់ពី 46 ម៉ោង។ ការសិក្សាខាងលើបង្ហាញពីស្ថេរភាពនៃកាតាលីករ និងបង្ហាញយ៉ាងច្បាស់អំពីតម្រូវការសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍនាពេលអនាគតនៃ AEM ដែលមានថាមពលខ្ពស់ ដើម្បីកែលម្អស្ថេរភាពរយៈពេលវែងរបស់ MEA សម្រាប់ការផលិត AA ជាបន្តបន្ទាប់នៅដង់ស៊ីតេចរន្តដ៏ល្អសម្រាប់ឧស្សាហកម្ម។
ដោយផ្អែកលើដំណើរការរបស់ MEA របស់យើង យើងបានស្នើឡើងនូវដំណើរការផលិត AA ពេញលេញ រួមទាំងអង្គភាពផ្គត់ផ្គង់ស្រទាប់ខាងក្រោម អេឡិចត្រូលីស ការបន្សាប និងឯកតាបំបែក (រូបភាពបន្ថែម 37)។ ការវិភាគដំណើរការបឋមត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីវាយតម្លៃលទ្ធភាពសេដ្ឋកិច្ចនៃប្រព័ន្ធដោយប្រើគំរូផលិតកាបូស៊ីឡាតអេឡិចត្រូលីតអាល់កាឡាំង55។ ក្នុងករណីនេះ ការចំណាយរួមមានដើមទុន ប្រតិបត្តិការ និងសម្ភារៈ (រូបភាពទី 7a និងរូបភាពបន្ថែម 38) ហើយប្រាក់ចំណូលបានមកពីការផលិត AA និង H2។ លទ្ធផល TEA បង្ហាញថា ក្រោមលក្ខខណ្ឌប្រតិបត្តិការរបស់យើង (ដង់ស៊ីតេចរន្ត 300 mA cm-2 វ៉ុលកោសិកា 1.76 V FE 82%) ការចំណាយសរុប និងប្រាក់ចំណូលគឺ 2429 ដុល្លារអាមេរិក និង 2564 ដុល្លារអាមេរិករៀងៗខ្លួន ដែលបកប្រែទៅជាប្រាក់ចំណេញសុទ្ធ 135 ដុល្លារអាមេរិកក្នុងមួយតោននៃ AA ដែលផលិត (សូមមើលកំណត់ចំណាំបន្ថែម 9 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។
ក. ថ្លៃដើមសរុបនៃដំណើរការអេឡិចត្រូគីមី AA ក្រោមសេណារីយ៉ូករណីមូលដ្ឋានដែលមាន FE 82% ដង់ស៊ីតេចរន្ត 300 mA cm−2 និងវ៉ុលកោសិកា 1.76 V។ ការវិភាគភាពរសើបនៃថ្លៃដើមទាំងបីចំពោះ b FE និង c ដង់ស៊ីតេចរន្ត។ នៅក្នុងការវិភាគភាពរសើប មានតែប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលបានសិក្សាប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរ ហើយប៉ារ៉ាម៉ែត្រផ្សេងទៀតត្រូវបានរក្សាឱ្យថេរដោយផ្អែកលើគំរូ TEA។ ឃ. ផលប៉ះពាល់នៃ FE និងដង់ស៊ីតេចរន្តខុសៗគ្នាលើប្រាក់ចំណេញនៃអេឡិចត្រូសំយោគ AA និងប្រាក់ចំណេញដោយប្រើ Ni(OH)2-NS និង NiV-LDH-NS ដោយសន្មតថាវ៉ុលកោសិកាត្រូវបានរក្សាឱ្យថេរនៅ 1.76 V។ ទិន្នន័យបញ្ចូលសម្រាប់ a–d ត្រូវបានផ្តល់ឱ្យនៅក្នុងឯកសារទិន្នន័យឆៅ។
ដោយផ្អែកលើសម្មតិកម្មនេះ យើងបានស៊ើបអង្កេតបន្ថែមទៀតអំពីផលប៉ះពាល់នៃ FE និងដង់ស៊ីតេចរន្តទៅលើប្រាក់ចំណេញនៃអេឡិចត្រូសំយោគ AA។ យើងបានរកឃើញថា ប្រាក់ចំណេញគឺងាយនឹងប្រែប្រួលខ្លាំងចំពោះ FE នៃ AA ដោយសារការថយចុះនៃ FE នាំឱ្យមានការកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃថ្លៃដើមប្រតិបត្តិការ ដោយហេតុនេះបង្កើនថ្លៃដើមសរុបយ៉ាងច្រើន (រូបភាពទី 7b)។ ទាក់ទងនឹងដង់ស៊ីតេចរន្ត ដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ជាង (>200 mA cm-2) ជួយកាត់បន្ថយថ្លៃដើមមូលធន និងថ្លៃដើមសាងសង់រោងចក្រ ជាចម្បងដោយការបង្រួមអប្បបរមានៃផ្ទៃក្រឡាអេឡិចត្រូលីត ដោយហេតុនេះរួមចំណែកដល់ការកើនឡើងនៃប្រាក់ចំណេញ (រូបភាពទី 7c)។ បើប្រៀបធៀបជាមួយដង់ស៊ីតេចរន្ត FE មានឥទ្ធិពលកាន់តែសំខាន់ទៅលើប្រាក់ចំណេញ។ តាមរយៈការកំណត់លក្ខណៈផលប៉ះពាល់នៃ FE និងដង់ស៊ីតេចរន្តទៅលើប្រាក់ចំណេញ យើងឃើញយ៉ាងច្បាស់ពីសារៈសំខាន់នៃការសម្រេចបាន FE ខ្ពស់ (>60%) នៅដង់ស៊ីតេចរន្តដែលពាក់ព័ន្ធនឹងឧស្សាហកម្ម (>200 mA cm-2) ដើម្បីធានាបាននូវប្រាក់ចំណេញ។ ដោយសារតែតម្លៃ FE ខ្ពស់របស់ AA ប្រព័ន្ធប្រតិកម្មជាមួយ NiV-LDH-NS ជាកាតាលីករនៅតែអំណោយផលក្នុងចន្លោះពី 100–500 mA cm−2 (ចំណុចប្រាំជ្រុង; រូបភាពទី 7d)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្រាប់ Ni(OH)2-NS ការថយចុះ FE នៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ (>200 mA cm−2) បាននាំឱ្យមានលទ្ធផលមិនអំណោយផល (រង្វង់; រូបភាពទី 7d) ដែលបង្ហាញពីសារៈសំខាន់នៃកាតាលីករដែលមាន FE ខ្ពស់នៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់។
បន្ថែមពីលើសារៈសំខាន់នៃកាតាលីករក្នុងការកាត់បន្ថយដើមទុន និងថ្លៃដើមប្រតិបត្តិការ ការវាយតម្លៃ TEA របស់យើងបង្ហាញថា ប្រាក់ចំណេញអាចត្រូវបានកែលម្អបន្ថែមទៀតតាមវិធីពីរយ៉ាង។ ទីមួយគឺការលក់រួមគ្នានូវប៉ូតាស្យូមស៊ុលហ្វាត (K2SO4) នៅលើទីផ្សារជាផលិតផលរងនៃឯកតាបន្សាប ប៉ុន្តែមានប្រាក់ចំណូលសក្តានុពលចំនួន 828 ដុល្លារអាមេរិក/តោន AA-1 (កំណត់ចំណាំបន្ថែម 9)។ ទីពីរគឺការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវបច្ចេកវិទ្យាដំណើរការ រួមទាំងការកែច្នៃសម្ភារៈឡើងវិញ ឬការអភិវឌ្ឍបច្ចេកវិទ្យាបំបែក AA ដែលមានប្រសិទ្ធភាពចំណាយកាន់តែច្រើន (ជម្រើសជំនួសឯកតាបន្សាប និងបំបែក)។ ដំណើរការបន្សាបអាស៊ីត-បាសដែលប្រើបច្ចុប្បន្នអាចបណ្តាលឱ្យមានថ្លៃដើមសម្ភារៈខ្ពស់ (ដែលមានចំណែកធំបំផុតនៅ 85.3%) ដែលក្នុងនោះ 94% គឺដោយសារតែ cyclohexanone និង KOH ($2069/តោន AA-1; រូបភាព 7a) ប៉ុន្តែដូចដែលបានរៀបរាប់ខាងលើ ដំណើរការនេះនៅតែមានផលចំណេញជារួម។ យើងស្នើថា ថ្លៃដើមសម្ភារៈអាចត្រូវបានកាត់បន្ថយបន្ថែមទៀតដោយវិធីសាស្ត្រកម្រិតខ្ពស់ជាងមុនសម្រាប់ការស្តារឡើងវិញនូវ KOH និង cyclohexanone ដែលមិនមានប្រតិកម្ម ដូចជា electrodialysis សម្រាប់ការស្តារឡើងវិញនូវ KOH14 ទាំងស្រុង (តម្លៃប៉ាន់ស្មាន US$1073/t AA-1 តាមរយៈ electrodialysis; កំណត់ចំណាំបន្ថែម 9)។
សរុបមក យើងសម្រេចបានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់នៃអេឡិចត្រូលីសអាតូមអាលុយមីញ៉ូមនៅដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ដោយការណែនាំ V ទៅក្នុងសន្លឹកណាណូ Ni(OH)2។ ក្រោមជួរសក្តានុពលធំទូលាយនៃ 1.5–1.9 VRHE និងដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់ 170 mA cm−2 AA FE លើ NiV-LDH-NS ឈានដល់ 83–88% ខណៈពេលដែល OER ត្រូវបានបង្ក្រាបយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពដល់ 3%។ ការកែប្រែ V បានជំរុញការកាត់បន្ថយ Ni2+ ទៅ Ni3+x និងបង្កើនការស្រូបយក cyclohexanone។ ទិន្នន័យពិសោធន៍ និងទ្រឹស្តីបង្ហាញថា ការកសាងឡើងវិញដែលបានជំរុញបង្កើនដង់ស៊ីតេចរន្តសម្រាប់អុកស៊ីតកម្ម cyclohexanone និងផ្លាស់ប្តូរ RDS នៃ COR ពីការកសាងឡើងវិញទៅជាការដកអ៊ីដ្រូសែនដែលពាក់ព័ន្ធនឹងការបំបែក Cα − H ខណៈពេលដែលការស្រូបយក cyclohexanone ប្រសើរឡើងទប់ស្កាត់ OER។ ការអភិវឌ្ឍ MEA សម្រេចបានការផលិត AA ជាបន្តបន្ទាប់នៅដង់ស៊ីតេចរន្តឧស្សាហកម្ម 300 mA cm−2 ប្រសិទ្ធភាព AA កំណត់ត្រា 82% និងផលិតភាព 1536 μmol cm−2 h−1។ ការធ្វើតេស្តរយៈពេល 50 ម៉ោងបានបង្ហាញថា NiV-LDH-NS មានស្ថេរភាពល្អ ព្រោះវាអាចរក្សា AA FE ខ្ពស់ក្នុង MEA (> 80% រយៈពេល 60 ម៉ោងនៅ 200 mA cm−2; > 70% រយៈពេល 58 ម៉ោងនៅ 300 mA cm−2)។ គួរកត់សម្គាល់ថា មានតម្រូវការក្នុងការអភិវឌ្ឍ AEM ដែលមានថាមពលខ្លាំងជាងមុន ដើម្បីសម្រេចបាននូវស្ថេរភាពរយៈពេលវែងនៅដង់ស៊ីតេចរន្តដ៏ល្អសម្រាប់ឧស្សាហកម្ម។ លើសពីនេះ TEA បានគូសបញ្ជាក់ពីគុណសម្បត្តិសេដ្ឋកិច្ចនៃយុទ្ធសាស្ត្រប្រតិកម្មសម្រាប់ការផលិត AA និងសារៈសំខាន់នៃកាតាលីករដំណើរការខ្ពស់ និងបច្ចេកវិទ្យាបំបែកកម្រិតខ្ពស់ ដើម្បីកាត់បន្ថយថ្លៃដើមបន្ថែមទៀត។