nature.com သို့ ဝင်ရောက်ကြည့်ရှုသည့်အတွက် ကျေးဇူးတင်ပါသည်။ သင်အသုံးပြုနေသော browser ဗားရှင်းတွင် CSS ပံ့ပိုးမှု အကန့်အသတ်ရှိသည်။ အကောင်းဆုံးအတွေ့အကြုံအတွက် browser အသစ်ကို အသုံးပြုရန် (သို့မဟုတ် Internet Explorer တွင် compatibility mode ကို ပိတ်ရန်) အကြံပြုအပ်ပါသည်။ ထိုအတောအတွင်း၊ ဆက်လက်ပံ့ပိုးမှုရရှိစေရန်အတွက် styles နှင့် JavaScript မပါဘဲ site ကို ပြသပါမည်။
CA ဆီ (ဆိုက်ကလိုဟက်ဇန်နုန်းနှင့် ဆိုင်ကလိုဟက်ဇန်နော ရောစပ်ထားသော) မှ အဒီပစ်အက်ဆစ် (နိုင်လွန် ၆၆ ၏ ရှေ့ပြေးနိမိတ်) ၏ အီလက်ထရွန်ဆစ်သည် ပြင်းထန်သောအခြေအနေများ လိုအပ်သည့် ရိုးရာနည်းလမ်းများကို အစားထိုးနိုင်သော ရေရှည်တည်တံ့သော ဗျူဟာတစ်ခုဖြစ်သည်။ သို့သော် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနည်းပါးခြင်းနှင့် အောက်ဆီဂျင်ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ် ယှဉ်ပြိုင်မှုများသည် ၎င်း၏ စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ အသုံးချမှုများကို သိသိသာသာ ကန့်သတ်ထားသည်။ ဤလုပ်ငန်းတွင်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် နီကယ်ဒယ်လ်ဒီယမ်နှစ်ထပ်ဟိုက်ဒရောက်ဆိုဒ်ကို ဗန်နာဒီယမ်ဖြင့် ပြုပြင်ပြီး ကျယ်ပြန့်သော အလားအလာအပိုင်းအခြား (၁.၅–၁.၉ V vs. ပြောင်းပြန်လှန်နိုင်သော ဟိုက်ဒရိုဂျင်အီလက်ထရုတ်) တွင် မြင့်မားသော ဖာရာဒါအစ်စွမ်းဆောင်ရည် (>၈၀%) ကို ထိန်းသိမ်းထားသည်။ စမ်းသပ်မှုနှင့် သီအိုရီဆိုင်ရာ လေ့လာမှုများအရ V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်း၏ အဓိကအခန်းကဏ္ဍနှစ်ခုကို ဖော်ထုတ်ခဲ့ပြီး၊ အရှိန်မြှင့်ဓာတ်ကူပစ္စည်းပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းနှင့် ဆိုက်ကလိုဟက်ဇန်နုန်းစုပ်ယူမှုကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေခြင်းတို့ ပါဝင်သည်။ သဘောတရား၏ သက်သေအဖြစ်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ (၃၀၀ mA cm-၂) တွင် မြင့်မားသော ဖာရာဒါအစ်စွမ်းဆောင်ရည် (၈၂%) နှင့် ထုတ်လုပ်မှု (၁၅၃၆ μmol cm-၂ h-၁) ရှိသော အဒီပစ်အက်ဆစ်ကို ထုတ်လုပ်ပေးပြီး တည်ငြိမ်မှု >၅၀ နာရီကို ရရှိစေသည့် အမြှေးပါး-အီလက်ထရွန်ဆစ် စုစည်းမှုကို တည်ဆောက်ခဲ့သည်။ ဤလုပ်ငန်းသည် မြင့်မားသော ထုတ်လုပ်မှုနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းအလားအလာရှိသော အဒီပစ်အက်ဆစ်၏ အီလက်ထရွန်ဆစ်အတွက် ထိရောက်သော ဓာတ်ကူပစ္စည်းတစ်ခုကို ပြသသည်။
အဒီပစ်အက်ဆစ် (AA) သည် အရေးကြီးဆုံး အလီဖက်တစ် ဒိုင်ကာဘောက်ဆီလစ် အက်ဆစ်များထဲမှ တစ်ခုဖြစ်ပြီး နိုင်လွန် ၆၆ နှင့် အခြားပိုလီယာမိုက်များ သို့မဟုတ် ပိုလီမာများ ထုတ်လုပ်ရာတွင် အဓိကအသုံးပြုသည်။၁ စက်မှုလုပ်ငန်းတွင် AA ကို ၅၀-၆၀ vol% နိုက်ထရစ်အက်ဆစ်ကို အောက်ဆီဒေးရှင်းအဖြစ် အသုံးပြု၍ ဆိုက်ကိုဟက်ဇန်နောနှင့် ဆိုက်ကိုဟက်ဇန်နုန်း (ဆိုလိုသည်မှာ AA ဆီ) ရောစပ်ထားသော အရာတစ်ခုကို အောက်ဆီဒေးရှင်းဓာတ်ပြုခြင်းဖြင့် ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်သည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် ဖန်လုံအိမ်ဓာတ်ငွေ့များအဖြစ် ပြင်းအားမြင့် နိုက်ထရစ်အက်ဆစ်နှင့် နိုက်ထရိုဂျင်အောက်ဆိုဒ်များ (N2O နှင့် NOx) ထုတ်လွှတ်မှုနှင့် ဆက်စပ်သော ပတ်ဝန်းကျင်ဆိုင်ရာ စိုးရိမ်မှုများရှိသည်။၂၊၃ H2O2 ကို အခြားရွေးချယ်စရာ အစိမ်းရောင်အောက်ဆီဒေးရှင်းဓာတ်ပြုပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုနိုင်သော်လည်း ၎င်း၏ မြင့်မားသောကုန်ကျစရိတ်နှင့် ပြင်းထန်သောပေါင်းစပ်အခြေအနေများက လက်တွေ့အသုံးချရန် ခက်ခဲစေပြီး ပိုမိုကုန်ကျစရိတ်သက်သာပြီး ရေရှည်တည်တံ့သောနည်းလမ်း လိုအပ်သည်၄၊၅၊၆။
လွန်ခဲ့သောဆယ်စုနှစ်အတွင်း လျှပ်စစ်ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှင့် လောင်စာပေါင်းစပ်နည်းလမ်းများသည် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်ကိုအသုံးပြုခြင်းနှင့် အပျော့စားအခြေအနေများ (ဥပမာ အခန်းအပူချိန်နှင့် ပတ်ဝန်းကျင်ဖိအား)7,8,9,10 အောက်တွင် လည်ပတ်ခြင်း၏ အားသာချက်များကြောင့် သိပ္ပံပညာရှင်များထံမှ အာရုံစိုက်မှု တိုးပွားလာခဲ့သည်။ ဤကိစ္စနှင့်စပ်လျဉ်း၍ KA ဆီကို AA သို့ လျှပ်စစ်ဓာတ်ကူပစ္စည်းပြောင်းလဲခြင်း ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် အထက်ပါအားသာချက်များရရှိရန်အပြင် ရိုးရာထုတ်လုပ်မှုတွင် ကြုံတွေ့ရသော နိုက်ထရစ်အက်ဆစ်နှင့် နိုက်ထရပ်စ်အောက်ဆိုဒ်ထုတ်လွှတ်မှုများကို ဖယ်ရှားရန်အတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည် (ပုံ 1a)။ Petrosyan et al. မှ ရှေ့ဆောင်လုပ်ငန်းကို ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး၊ cyclohexanone (COR; cyclohexanone သို့မဟုတ် cyclohexanol ကို nickel oxyhydroxide (NiOOH) ပေါ်တွင် KA ဆီကို ကိုယ်စားပြုသည်ဟု အများအားဖြင့် လေ့လာခဲ့ကြသော်လည်း လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနည်းခြင်း (6 mA cm-2) နှင့် AA ထွက်နှုန်းအလယ်အလတ် (52%) ရရှိခဲ့သည်11,12။ ထိုအချိန်မှစ၍ COR လုပ်ဆောင်ချက်ကို မြှင့်တင်ရန် နီကယ်အခြေခံ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ တီထွင်ရာတွင် သိသာထင်ရှားသော တိုးတက်မှုများရှိခဲ့သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ cyclohexanol13 တွင် Cα–Cβ cleavage ကို မြှင့်တင်ရန်အတွက် ကြေးနီဖြင့်ပြုလုပ်ထားသော နီကယ်ဟိုက်ဒရောက်ဆိုဒ် (Cu-Ni(OH)2) catalyst ကို ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်ခဲ့သည်။ cyclohexanone14 ကို ကြွယ်ဝစေသော hydrophobic microenvironment ကိုဖန်တီးရန် sodium dodecyl sulfonate (SDS) ဖြင့်ပြုပြင်ထားသော Ni(OH)2 catalyst တစ်ခုကို မကြာသေးမီက ကျွန်ုပ်တို့ တင်ပြခဲ့ပါသည်။
a) KA ဆီ၏ electrooxidation ဖြင့် AA ထုတ်လုပ်မှု၏ စိန်ခေါ်မှုများ။ b) ယခင်က ဖော်ပြခဲ့သော Ni-based catalytic COR နှင့် three-electrode system နှင့် flow battery system11,13,14,16,26 ရှိ ကျွန်ုပ်တို့၏ catalyst တို့၏ electrocatalytic COR ကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်း။ ဓာတ်ပြုမှု parameters များနှင့် ဓာတ်ပြုမှုစွမ်းဆောင်ရည်ဆိုင်ရာ အသေးစိတ်အချက်အလက်များကို Supplementary Tables 1 နှင့် 2 တွင် ဖော်ပြထားပါသည်။ c) H-cell reactor နှင့် MEA တွင် COR အတွက် ကျွန်ုပ်တို့၏ NiV-LDH-NS catalytic performance သည် ကျယ်ပြန့်သော potential range တွင် လည်ပတ်နေပါသည်။
အထက်ဖော်ပြပါနည်းလမ်းများသည် COR လုပ်ဆောင်ချက်ကို တိုးတက်စေသော်လည်း၊ ဖော်ပြထားသော Ni-အခြေခံ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများသည် ပြောင်းပြန်လှန်နိုင်သော ဟိုက်ဒရိုဂျင်လျှပ်ကူးပစ္စည်း (RHE၊ အတိုကောက် VRHE) နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက 1.6 V အောက်ရှိ အလားအလာနိမ့်ကျသော အခြေအနေများတွင်သာ AA Faraday စွမ်းဆောင်ရည် (FE) မြင့်မားခြင်း (>80%) ကို ပြသခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့်၊ AA ၏ အစီရင်ခံထားသော တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ (ဆိုလိုသည်မှာ၊ စုစုပေါင်း လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆကို FE ဖြင့် မြှောက်ခြင်း) သည် အမြဲတမ်း 60 mA cm−2 အောက်တွင် ရှိသည် (ပုံ 1b နှင့် နောက်ဆက်တွဲဇယား 1)။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနည်းခြင်းသည် စက်မှုလုပ်ငန်းလိုအပ်ချက်များ (>200 mA cm−2)15 ထက် များစွာနိမ့်ကျနေပြီး၊ ၎င်းသည် မြင့်မားသော throughput AA ပေါင်းစပ်မှုအတွက် electrocatalytic နည်းပညာကို သိသိသာသာ အဟန့်အတားဖြစ်စေသည် (ပုံ 1a; အပေါ်)။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆကို တိုးမြှင့်ရန်အတွက်၊ ပိုမိုအပြုသဘောဆောင်သော အလားအလာ (three-electrode စနစ်အတွက်) သို့မဟုတ် ပိုမိုမြင့်မားသော ဆဲလ်ဗို့အား (two-electrode စနစ်အတွက်) ကို အသုံးပြုနိုင်ပြီး၊ ၎င်းသည် electrocatalytic transformations အများစု၊ အထူးသဖြင့် oxygen evolution reaction (OER) အတွက် ရိုးရှင်းသော ချဉ်းကပ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ anodic potentials မြင့်မားသော COR အတွက်၊ OER သည် AA ၏ FE ကို လျှော့ချရာတွင် အဓိကပြိုင်ဘက် ဖြစ်လာနိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် စွမ်းအင်ထိရောက်မှုကို လျော့ကျစေနိုင်သည် (ပုံ ၁က၊ အောက်ခြေ)။ ဥပမာအားဖြင့်၊ ယခင်တိုးတက်မှုကို ပြန်လည်သုံးသပ်ခြင်း (ပုံ ၁ခ နှင့် နောက်ဆက်တွဲဇယား ၁)၊ SDS-modified Ni(OH)2 ပေါ်ရှိ AA ၏ FE သည် 1.5 VRHE မှ 1.7 VRHE14 အထိ အသုံးချ potential တိုးလာခြင်းနှင့်အတူ 93% မှ 76% အထိ ကျဆင်းသွားပြီး၊ CuxNi1-x(OH)2/CF ပေါ်ရှိ AA ၏ FE သည် 1.52 VRHE မှ 1.62 VRHE16 အထိ အလားအလာတိုးလာခြင်းနှင့်အတူ 93% မှ 69% အထိ ကျဆင်းသွားသည်ကို တွေ့ရှိရသည့်အတွက် စိတ်ပျက်မိပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ AA ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း current density သည် မြင့်မားသော potentials များတွင် အချိုးကျမတိုးလာပါ၊ ၎င်းသည် AA ၏ FE နည်းခြင်းကြောင့် စွမ်းအင်သုံးစွဲမှု မြင့်မားခြင်းကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းမရှိဘဲ AA စွမ်းဆောင်ရည်တိုးတက်မှုကို အဓိကအားဖြင့် ကန့်သတ်ထားသည်။ နီကယ်အခြေခံ catalysts များအပြင် cobalt အခြေခံ catalysts များသည် COR17,18,19 တွင် catalytic activity ကိုလည်း ပြသခဲ့သည်။ သို့သော် ၎င်းတို့၏ ထိရောက်မှုသည် အလားအလာမြင့်မားသောအခါတွင် လျော့ကျသွားပြီး Ni-အခြေခံ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ဈေးနှုန်းအတက်အကျ ပိုများခြင်းနှင့် ကုန်ပစ္စည်းစာရင်း နည်းပါးခြင်းကဲ့သို့သော စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ အသုံးချမှုများတွင် အလားအလာရှိသော ကန့်သတ်ချက်များ ပိုမိုရှိပါသည်။ ထို့ကြောင့် AA အထွက်နှုန်းမြင့်မားစေရန် လက်တွေ့ကျသော လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနှင့် COR တွင် FE မြင့်မားသော Ni-အခြေခံ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများကို တီထွင်ရန် လိုလားပါသည်။
ဤလုပ်ငန်းတွင်၊ vanadium(V)-modified nickel layered double hydroxide nanosheets (NiV-LDH-NS) များကို COR မှတစ်ဆင့် AA ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် ထိရောက်သော electrocatalysts များအဖြစ် ကျွန်ုပ်တို့ တင်ပြပါသည်။ ၎င်းတို့သည် OER ကို သိသိသာသာ နှိမ်နင်းထားသော ကျယ်ပြန့်သော potential range တွင် လည်ပတ်ပြီး H-cells နှင့် membrane electrode assemblies နှစ်ခုလုံးတွင် FE နှင့် current density မြင့်မားစွာ ရရှိစေသည် (MEAs; Figure 1 b)။ ပုံမှန် Ni(OH)2 nanosheet catalyst (Ni(OH)2-NS) တွင် acetylene oxidation efficiency သည် မျှော်လင့်ထားသည့်အတိုင်း 1.5 VRHE တွင် 80% မှ 1.9 VRHE တွင် 42% သို့ လျော့ကျသွားကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ဦးစွာပြသပါသည်။ သိသိသာသာ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့် Ni(OH)2 ကို V ဖြင့် ပြုပြင်ပြီးနောက်၊ NiV-LDH-NS သည် ပေးထားသော potential တွင် current density မြင့်မားစွာ ပြသခဲ့ပြီး၊ ပိုအရေးကြီးသည်မှာ ကျယ်ပြန့်သော potential range တွင် FE မြင့်မားစွာ ထိန်းသိမ်းထားနိုင်ခဲ့သည်။ ဥပမာအားဖြင့် 1.9 VRHE တွင် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ 170 mA cm−2 နှင့် FE 83% ကိုပြသခဲ့ပြီး ၎င်းသည် three-electrode စနစ်တွင် COR အတွက် ပိုမိုအဆင်ပြေသော catalyst တစ်ခုဖြစ်သည် (ပုံ 1c နှင့် Supplementary Table 1)။ စမ်းသပ်မှုနှင့် သီအိုရီဆိုင်ရာဒေတာများအရ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် Ni(OH)2 မှ COR အတွက် တက်ကြွသောအဆင့်အဖြစ်ဆောင်ရွက်သော high-valent Ni oxyhydroxides (Ni3+xOOH1-x) သို့ reduction kinetics ကို မြှင့်တင်ပေးသည်။ ထို့အပြင်၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် catalyst မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် cyclohexanone ၏ adsorption ကို မြှင့်တင်ပေးပြီး anodic potentials မြင့်မားသောနေရာများတွင် OER ကို နှိမ်နင်းရာတွင် အဓိကအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်ခဲ့သည်။ NiV-LDH-NS ၏ အလားအလာကို ပိုမိုလက်တွေ့ကျသောအခြေအနေတွင် သရုပ်ပြရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် MEA flow reactor ကို ဒီဇိုင်းထုတ်ခဲ့ပြီး စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ သက်ဆိုင်ရာ current density (300 mA cm−2) တွင် AA (82%) ၏ FE ကို ပြသခဲ့ပြီး ၎င်းသည် membrane flow reactor တွင် ကျွန်ုပ်တို့၏ယခင်ရလဒ်များထက် သိသိသာသာမြင့်မားသည် (ပုံ 1b နှင့် Supplementary Table 2)။ AA (1536 μmol cm−2 h−1) ၏ သက်ဆိုင်ရာ ထွက်နှုန်းသည် အပူဓာတ်ကူလုပ်ငန်းစဉ် (<30 mmol g ဓာတ်ကူပစ္စည်း−1 h−1)4 ကို အသုံးပြု၍ ရရှိသော ထွက်နှုန်းထက်ပင် ပိုမိုမြင့်မားပါသည်။ ထို့အပြင်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းသည် MEA ကိုအသုံးပြုသောအခါ ကောင်းမွန်သော တည်ငြိမ်မှုကို ပြသခဲ့ပြီး 200 mA cm−2 တွင် 60 နာရီအတွက် FE >80% AA နှင့် 300 mA cm−2 တွင် 58 နာရီအတွက် FE >70% AA ကို ထိန်းသိမ်းထားခဲ့သည်။ နောက်ဆုံးတွင်၊ ကနဦးဖြစ်နိုင်ခြေလေ့လာမှု (FEA) တစ်ခုက AA ထုတ်လုပ်မှုအတွက် လျှပ်စစ်ဓာတ်ကူနည်းဗျူဟာ၏ ကုန်ကျစရိတ်-ထိရောက်မှုကို သရုပ်ပြခဲ့သည်။
ယခင်စာပေများအရ Ni(OH)2 သည် COR အတွက် ကောင်းမွန်သော လုပ်ဆောင်ချက်ကို ပြသသည့် ပုံမှန်ဓာတ်ကူပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သောကြောင့် Ni(OH)2-NS13,14 ကို ပူးတွဲမိုးရွာသွန်းမှုနည်းလမ်းဖြင့် ပထမဆုံးအကြိမ် ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းခဲ့သည်။ နမူနာများတွင် β-Ni(OH)2 ဖွဲ့စည်းပုံကို ပြသခဲ့ပြီး X-ray diffraction (XRD; ပုံ ၂က) ဖြင့် အတည်ပြုခဲ့ပြီး အလွန်ပါးလွှာသော နာနိုချပ်များ (အထူ: 2–3 nm၊ ဘေးတိုက်အရွယ်အစား: 20–50 nm) ကို high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM; နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁) နှင့် atomic force microscopy (AFM) တိုင်းတာမှုများဖြင့် တွေ့ရှိခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၂)။ ၎င်းတို့၏ အလွန်ပါးလွှာသော သဘောသဘာဝကြောင့် နာနိုချပ်များ စုစည်းမှုကိုလည်း တွေ့ရှိခဲ့သည်။
a) Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS တို့၏ X-ray diffraction ပုံစံများ။ b) Ni(OH)2-NS နှင့် c) NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် FE၊ throughput နှင့် AA လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတို့သည် မတူညီသော potential များတွင် ရှိနေသည်။ Error bar များသည် catalyst တစ်ခုတည်းကို အသုံးပြု၍ လွတ်လပ်သော တိုင်းတာမှု သုံးခု၏ standard deviation ကို ကိုယ်စားပြုသည်။ d) NV-LDH-NS ၏ HRTEM ပုံ။ Scale bar: 20 nm။ NiV-LDH-NS ၏ HAADF-STEM ပုံနှင့် Ni (အစိမ်းရောင်)၊ V (အဝါရောင်) နှင့် O (အပြာရောင်) တို့၏ ဖြန့်ဖြူးမှုကို ပြသသည့် သက်ဆိုင်ရာ elemental map။ Scale bar: 100 nm။ f) Ni(OH)2-NS (အပေါ်) နှင့် NiV-LDH-NS (အောက်) တို့၏ Ni 2p3/2၊ g O 1 s နှင့် h V 2p3/2 XPS data။ i) FE နှင့် j တို့သည် catalyst နှစ်ခုပေါ်တွင် 7 cycles အတွင်း AA စွမ်းဆောင်ရည်များဖြစ်သည်။ Error bar များသည် catalyst တစ်ခုတည်းကို အသုံးပြု၍ လွတ်လပ်သော တိုင်းတာမှု သုံးခု၏ standard deviation ကို ကိုယ်စားပြုပြီး 10% အတွင်းတွင် ရှိသည်။ a–c နှင့် f–j အတွက် အကြမ်းဒေတာများကို အကြမ်းဒေတာဖိုင်များတွင် ပေးထားသည်။
ထို့နောက် ကျွန်ုပ်တို့သည် Ni(OH)2-NS ၏ COR အပေါ် အကျိုးသက်ရောက်မှုကို အကဲဖြတ်ခဲ့ပါသည်။ စဉ်ဆက်မပြတ် အလားအလာရှိသော လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲခြင်းကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ OER မပါဘဲ အလားအလာနည်းသော (1.5 VRHE) တွင် AA ၏ 80% FE ကို ရရှိခဲ့ပါသည် (ပုံ 2b)၊ ၎င်းသည် anodic အလားအလာနည်းသောတွင် OER ထက် စွမ်းအင်အားဖြင့် ပိုမိုအကျိုးပြုကြောင်း ညွှန်ပြနေပါသည်။ အဓိက ဘေးထွက်ပစ္စည်းမှာ FE 3% ရှိသော glutaric acid (GA) ဖြစ်ကြောင်း တွေ့ရှိခဲ့ပါသည်။ succinic acid (SA)၊ malonic acid (MA) နှင့် oxalic acid (OA) အနည်းငယ်ပါဝင်မှုကို HPLC ဖြင့်လည်း ပမာဏသတ်မှတ်ခဲ့ပါသည် (ထုတ်ကုန်ဖြန့်ဖြူးမှုအတွက် နောက်ဆက်တွဲပုံ 3 ကိုကြည့်ပါ)။ ထုတ်ကုန်တွင် formic acid ကို မတွေ့ရှိခဲ့သောကြောင့် carbonate ကို C1 ဘေးထွက်ပစ္စည်းအဖြစ် ဖွဲ့စည်းနိုင်ကြောင်း အကြံပြုထားပါသည်။ ဤယူဆချက်ကို စမ်းသပ်ရန်အတွက် 0.4 M cyclohexanone ၏ ပြီးပြည့်စုံသော လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲခြင်းမှ electrolyte ကို အက်ဆစ်ဓာတ်ပြောင်းလဲစေပြီး ဓာတ်ငွေ့ထုတ်ကုန်များကို Ca(OH)2 ပျော်ရည်မှတစ်ဆင့် ဖြတ်သန်းစေခဲ့သည်။ ရလဒ်အနေဖြင့် ပျော်ရည်သည် မှိုင်းသွားပြီး လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲပြီးနောက် carbonate ဖွဲ့စည်းမှုကို အတည်ပြုပါသည်။ သို့သော်၊ လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ထုတ်လုပ်သော စုစုပေါင်းလျှပ်စစ်ဓာတ်အားနည်းပါးမှုကြောင့် (ပုံ ၂ခ၊ ဂ)၊ ကာဗွန်နိတ်၏ပါဝင်မှုနည်းပါးပြီး ပမာဏသတ်မှတ်ရန်ခက်ခဲသည်။ ထို့အပြင်၊ အခြား C2-C5 ထုတ်ကုန်များကိုလည်း ဖွဲ့စည်းနိုင်သော်လည်း ၎င်းတို့၏ပမာဏကို ပမာဏသတ်မှတ်၍မရပါ။ ထုတ်ကုန်စုစုပေါင်းပမာဏကို ပမာဏသတ်မှတ်ရန်ခက်ခဲသော်လည်း၊ စုစုပေါင်းလျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒညီမျှမှု၏ ၉၀% သည် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒလုပ်ငန်းစဉ်အများစုကို ဖော်ထုတ်နိုင်ခဲ့ကြောင်း ညွှန်ပြနေပြီး၊ ၎င်းသည် ကျွန်ုပ်တို့၏ ယန္တရားဆိုင်ရာနားလည်မှုအတွက် အခြေခံတစ်ခုဖြစ်သည်။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနည်းပါးခြင်းကြောင့် (20 mA cm−2)၊ AA ၏ထွက်ရှိမှုသည် 97 μmol cm−2 h−1 (ပုံ ၂ခ) ဖြစ်ပြီး၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏ mass loading (5 mg cm−2) အပေါ်အခြေခံ၍ 19 mmol h−1 g−1 နှင့်ညီမျှပြီး အပူဓာတ်ကူပစ္စည်းထုတ်လုပ်မှု (~30 mmol h−1 g−1)1 ထက်နိမ့်သည်။ အသုံးချနိုင်သော အလားအလာသည် 1.5 မှ 1.9 VRHE သို့ တိုးလာသောအခါ၊ ಒಟ್ಟಾರೆ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ တိုးလာသော်လည်း (20 မှ 114 mA cm−2 အထိ)၊ AA FE တွင် 80% မှ 42% အထိ တစ်ချိန်တည်းတွင် သိသာထင်ရှားစွာ ကျဆင်းသွားခဲ့သည်။ ပိုမိုအပြုသဘောဆောင်သော အလားအလာများတွင် FE ကျဆင်းမှုသည် အဓိကအားဖြင့် OER အတွက် ယှဉ်ပြိုင်မှုကြောင့်ဖြစ်သည်။ အထူးသဖြင့် 1.7 VRHE တွင်၊ OER ယှဉ်ပြိုင်မှုသည် AA FE တွင် သိသာထင်ရှားစွာ ကျဆင်းစေပြီး၊ ಒಟ್ಟಾರೆ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ တိုးလာခြင်းနှင့်အတူ AA စွမ်းဆောင်ရည်ကို အနည်းငယ် လျော့ကျစေသည်။ ထို့ကြောင့် AA ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆသည် 16 မှ 48 mA cm−2 အထိ တိုးလာပြီး AA ထုတ်လုပ်မှု တိုးလာသော်လည်း (97 မှ 298 μmol cm−2 h−1 အထိ)၊ အပိုဆောင်းစွမ်းအင်များစွာ သုံးစွဲခဲ့သည် (1.5 မှ 1.9 VRHE သို့ 2.5 W h gAA−1 ပိုမိုသုံးစွဲခဲ့သည်)၊ ရလဒ်အနေဖြင့် ကာဗွန်ထုတ်လွှတ်မှု 2.7 g CO2 gAA−1 တိုးလာသည် (တွက်ချက်မှုအသေးစိတ်ကို နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု 1 တွင် ဖော်ပြထားသည်)။ မြင့်မားသော anodic potentials များတွင် COR reaction နှင့် ပြိုင်ဘက်အဖြစ် ယခင်က ဖော်ပြခဲ့သော OER သည် ယခင်အစီရင်ခံစာများနှင့် ကိုက်ညီပြီး AA ထုတ်လုပ်မှုတိုးတက်စေရန်အတွက် အထွေထွေစိန်ခေါ်မှုတစ်ရပ်ကို ကိုယ်စားပြုသည်14,17။
ပိုမိုထိရောက်သော Ni(OH)2-NS-အခြေခံ COR ဓာတ်ကူပစ္စည်းတစ်ခု တီထွင်ရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် active phase ကို ဦးစွာ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့ပါသည်။ ကျွန်ုပ်တို့၏ in situ Raman spectroscopy ရလဒ်များတွင် 473 cm-1 နှင့် 553 cm-1 တွင် အမြင့်ဆုံးများကို တွေ့ရှိခဲ့ရပါသည် (Supplementary Fig. 4)၊ ၎င်းသည် NiOOH တွင် Ni3+-O ချည်နှောင်မှုများ ကွေးညွှတ်ခြင်းနှင့် ဆန့်ထုတ်ခြင်းနှင့် အသီးသီး ကိုက်ညီပါသည်။ NiOOH သည် anodic potentials တွင် Ni(OH)2 လျော့ချခြင်းနှင့် Ni(OH)O စုပုံခြင်း၏ ရလဒ်ဖြစ်ပြီး electrocatalytic oxidation20,21 တွင် အခြေခံအားဖြင့် active phase ဖြစ်ကြောင်း မှတ်တမ်းတင်ထားပါသည်။ ထို့ကြောင့် Ni(OH)2 မှ NiOOH အဖြစ် phase reconstruction လုပ်ငန်းစဉ်ကို အရှိန်မြှင့်ခြင်းသည် COR ၏ catalytic activity ကို မြှင့်တင်ပေးနိုင်သည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ မျှော်လင့်ပါသည်။
heteroatom ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် transition metal oxides/hydroxides22,23,24 တွင် phase reconstruction ကို မြှင့်တင်ပေးသည်ကို တွေ့ရှိရသောကြောင့် ကျွန်ုပ်တို့သည် Ni(OH)2 ကို မတူညီသော သတ္တုများဖြင့် ပြုပြင်ရန် ကြိုးစားခဲ့ပါသည်။ နမူနာများကို Ni နှင့် ဒုတိယသတ္တု precursor တို့ကို ပူးတွဲတည်ဆောက်ခြင်းဖြင့် ပေါင်းစပ်ခဲ့ပါသည်။ သတ္တုပြုပြင်ထားသော နမူနာအမျိုးမျိုးထဲတွင် V-ပြုပြင်ထားသော နမူနာ (V:Ni atomic ratio 1:8) (NiV-LDH-NS ဟုခေါ်သည်) သည် COR (Supplementary Fig. 5) တွင် current density မြင့်မားပြီး ပိုအရေးကြီးသည်မှာ ကျယ်ပြန့်သော potential window တွင် AA FE မြင့်မားသည်ကို ပြသခဲ့သည်။ အထူးသဖြင့် potential နိမ့်သော (1.5 VRHE) တွင် NiV-LDH-NS ၏ current density သည် Ni(OH)2-NS (39 vs. 20 mA cm−2) ထက် 1.9 ဆ ပိုများပြီး AA FE သည် catalyst နှစ်ခုလုံးတွင် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သည် (83% vs. 80%)။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆမြင့်မားခြင်းနှင့် အလားတူ FE AA ကြောင့် NiV-LDH-NS ၏ ထုတ်လုပ်မှုသည် Ni(OH)2-NS (204 vs. 97 μmol cm−2 h−1) ထက် 2.1 ဆ ပိုများပြီး အလားအလာနည်းသော အခြေအနေများတွင် V ပြုပြင်မွမ်းမံမှု၏ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆအပေါ် မြှင့်တင်ပေးသည့် အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ပြသနေသည် (ပုံ 2c)။
အသုံးချနိုင်သော အလားအလာ မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ (ဥပမာ 1.9 VRHE)၊ NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆသည် Ni(OH)2-NS (170 vs. 114 mA cm−2) ထက် 1.5 ဆ ပိုများပြီး အလားအလာနိမ့်သောအခါတွင် တိုးလာမှုနှင့် ဆင်တူသည် (1.9 ဆ ပိုများ)။ မှတ်သားစရာကောင်းသည်မှာ NiV-LDH-NS သည် မြင့်မားသော AA FE (83%) ကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်ပြီး OER ကို သိသိသာသာ နှိမ်နင်းခဲ့သည် (O2 FE 4%; ပုံ 2c)၊ Ni(OH)2-NS နှင့် ယခင်က ဖော်ပြခဲ့သော anodic အလားအလာမြင့်သောအခါတွင် AA FE နိမ့်သော catalyst များထက် စွမ်းဆောင်ရည် ပိုမိုကောင်းမွန်ခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲဇယား 1)။ ကျယ်ပြန့်သော potential window (1.5–1.9 VRHE) တွင် AA ၏ FE မြင့်မားမှုကြောင့်၊ 1.9 VRHE တွင် 867 μmol cm−2 h−1 (174.3 mmol g−1 h−1 နှင့်ညီမျှသည်) ၏ AA ထုတ်လုပ်မှုနှုန်းကို ရရှိခဲ့ပြီး၊ NiV-LDH-NS နမူနာများ၏ total mass loading ဖြင့် activity ကို ပုံမှန်ဖြစ်စေသောအခါ electrocatalytic နှင့် thermocatalytic စနစ်များတွင်ပင် ကောင်းမွန်သော စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြသခဲ့သည် (Supplementary Fig. 6)။
Ni(OH)2 ကို V ဖြင့် ပြုပြင်မွမ်းမံပြီးနောက် ကျယ်ပြန့်သော potential range တွင် မြင့်မားသော current density နှင့် မြင့်မားသော FE ကို နားလည်ရန်အတွက်၊ NiV-LDH-NS ၏ဖွဲ့စည်းပုံကို ကျွန်ုပ်တို့ သွင်ပြင်လက္ခဏာပြခဲ့သည်။ XRD ရလဒ်များအရ V ဖြင့် ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်းသည် β-Ni(OH)2 မှ α-Ni(OH)2 သို့ phase transition ကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး V နှင့်ဆက်စပ်သော crystalline species များကို မတွေ့ရှိခဲ့ကြောင်း ပြသခဲ့သည် (ပုံ ၂က)။ HRTEM ရလဒ်များအရ NiV-LDH-NS သည် ultrathin Ni(OH)2-NS nanosheets ၏ morphology ကို အမွေဆက်ခံပြီး အလားတူ lateral dimensions ရှိကြောင်း ပြသခဲ့သည် (ပုံ ၂ဃ)။ AFM တိုင်းတာမှုများက nanosheets များ၏ ခိုင်မာသော aggregation tendency ကို ဖော်ပြခဲ့ပြီး၊ တိုင်းတာနိုင်သော အထူ 7 nm (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၇) ကို ဖြစ်ပေါ်စေခဲ့ပြီး၊ ၎င်းသည် Ni(OH)2-NS ထက် ပိုကြီးသည် (အထူ: 2–3 nm)။ Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) mapping analysis (ပုံ ၂င) တွင် V နှင့် Ni element များသည် nanosheets များတွင် ကောင်းစွာ ဖြန့်ဝေထားကြောင်း ပြသခဲ့သည်။ V ၏ အီလက်ထရွန်ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် Ni အပေါ် ၎င်း၏အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ရှင်းလင်းစွာဖော်ပြရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (ပုံ 2f–h) ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ Ni(OH)2-NS သည် Ni2+ ၏ ထူးခြားသော spin-orbit peaks များကို ပြသခဲ့သည် (855.6 eV တွင် female peak၊ 861.1 eV တွင် satellite peak၊ ပုံ 2f)25။ Ni(OH)2-NS ၏ O 1s XPS spectrum ကို peaks သုံးမျိုးခွဲခြားနိုင်ပြီး 529.9၊ 530.9 နှင့် 532.8 eV ရှိ peaks များကို lattice oxygen (OL)၊ hydroxyl group (Ni-OH) နှင့် oxygen adsorbed on surface defects (OAds) များ အသီးသီးကြောင့်ဖြစ်သည် (ပုံ 2g)26,27,28,29။ V ဖြင့် ပြုပြင်မွမ်းမံပြီးနောက် V 2p3/2 အထွတ်အထိပ် ပေါ်လာပြီး 517.1 eV (V5+)၊ 516.6 eV (V4+) နှင့် 515.8 eV (V3+) တွင် အသီးသီးတည်ရှိသော အထွတ်အထိပ်သုံးခုအဖြစ် ပြိုကွဲနိုင်ပြီး ၎င်းသည် ဖွဲ့စည်းပုံရှိ V မျိုးစိတ်များသည် အောက်ဆီဒေးရှင်းအခြေအနေ မြင့်မားစွာတွင် အဓိကတည်ရှိနေကြောင်း ညွှန်ပြသည် (ပုံ 2h)25,30,31။ ထို့အပြင် NiV-LDH-NS ရှိ 855.4 eV ရှိ Ni 2p အထွတ်အထိပ်သည် Ni(OH)2-NS နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက အနုတ်လက္ခဏာ (0.2 eV ခန့်) ရွေ့လျားသွားပြီး အီလက်ထရွန်များကို V မှ Ni သို့ လွှဲပြောင်းပေးခဲ့ကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ V ပြုပြင်မွမ်းမံပြီးနောက် တွေ့ရှိရသော Ni ၏ valence အခြေအနေ နိမ့်ကျမှုသည် Ni K-edge X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES) ရလဒ်များနှင့် ကိုက်ညီပါသည် (အသေးစိတ်အချက်အလက်များအတွက် အောက်ပါ “V Modification Promotes Catalyst Reduction” အပိုင်းကို ကြည့်ပါ)။ COR ၁ နာရီကြာ ကုသပြီးနောက် NiV-LDH-NS ကို NiV-LDH-POST အဖြစ် သတ်မှတ်ခဲ့ပြီး transmission electron microscopy၊ EDS mapping၊ X-ray diffraction၊ Raman spectroscopy နှင့် XPS တိုင်းတာမှုများကို အသုံးပြု၍ အပြည့်အဝ သွင်ပြင်လက္ခဏာပြခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၈ နှင့် ၉)။ ဓာတ်ကူပစ္စည်းများသည် အလွန်ပါးလွှာသော nanosheet morphology ရှိသော aggregates များအဖြစ် ရှိနေခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၈a–c)။ နမူနာများ၏ crystallinity လျော့နည်းသွားပြီး V2 ပါဝင်မှု လျော့နည်းသွားသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၈d–f)။ XPS spectra များသည် V2 ၏ peak intensity လျော့ကျသွားသည်ကို ပြသခဲ့ပြီး (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၉)၊ ၎င်းသည် V2 ၏ leaching ကြောင့်ဖြစ်သည်။ ထို့အပြင်၊ O 1s spectrum analysis (နောက်ဆက်တွဲပုံ 9d) နှင့် electron paramagnetic resonance (EPR) တိုင်းတာမှုများ (နောက်ဆက်တွဲပုံ 10) အရ NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ အောက်ဆီဂျင် လစ်လပ်နေရာ ပမာဏသည် electrolysis ၁ နာရီကြာပြီးနောက် တိုးလာပြီး ၎င်းသည် Ni 2p binding energy တွင် အနုတ်လက္ခဏာပြောင်းလဲမှုကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သည် (အသေးစိတ်အတွက် နောက်ဆက်တွဲပုံ 9 နှင့် 10 ကိုကြည့်ပါ)26,27,32,33။ ထို့ကြောင့် NiV-LDH-NS သည် COR ၁ နာရီကြာပြီးနောက် ဖွဲ့စည်းပုံပြောင်းလဲမှု အနည်းငယ်သာ ပြသခဲ့သည်။
COR ကို မြှင့်တင်ရာတွင် V ၏ အရေးကြီးသော အခန်းကဏ္ဍကို အတည်ပြုရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် တူညီသော ပူးတွဲမိုးရွာသွန်းမှုနည်းလမ်းဖြင့် 1:8 မှလွဲ၍ မတူညီသော V:Ni အက်တမ်အချိုးများ (1:32၊ 1:16 နှင့် 1:4၊ NiV-32၊ NiV-16 နှင့် NiV-4 အဖြစ် သတ်မှတ်ထားသည်) ဖြင့် NiV-LDH ဓာတ်ကူပစ္စည်းများကို ပေါင်းစပ်အသုံးပြုခဲ့ပါသည်။ EDS မြေပုံရလဒ်များအရ ဓာတ်ကူပစ္စည်းတွင် V:Ni အက်တမ်အချိုးသည် precursor ၏အချိုးနှင့် နီးစပ်ကြောင်းပြသသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 11a–e)။ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုတိုးလာသည်နှင့်အမျှ V 2p ရောင်စဉ်၏ ပြင်းထန်မှုတိုးလာပြီး Ni 2p ဒေသ၏ ချည်နှောင်စွမ်းအင်သည် အနုတ်ဘက်သို့ အဆက်မပြတ်ရွေ့လျားသွားသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 12)။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ OL အချိုးသည် တဖြည်းဖြည်းတိုးလာသည်။ ဓာတ်ကူစမ်းသပ်မှုရလဒ်များအရ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုအနည်းဆုံး (V:Ni အက်တမ်အချိုး 1:32) ပြုလုပ်ပြီးနောက်တွင်ပင် OER ကို ထိရောက်စွာနှိမ်နင်းနိုင်ကြောင်းပြသထားပြီး V ပြုပြင်မွမ်းမံပြီးနောက် 1.8 VRHE တွင် O2 FE သည် 27% မှ 11% အထိ လျော့ကျသွားသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 11f)။ V:Ni အချိုး 1:32 မှ 1:8 အထိတိုးလာသည်နှင့်အမျှ ဓာတ်ကူလှုပ်ရှားမှု တိုးလာသည်။ သို့သော် V ပြုပြင်မွမ်းမံမှု (V:Ni အချိုး 1:4) ထပ်မံတိုးလာသည်နှင့်အမျှ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ လျော့ကျလာပြီး ၎င်းသည် Ni တက်ကြွသောနေရာများ၏ သိပ်သည်းဆ (အထူးသဖြင့် NiOOH တက်ကြွသောအဆင့်၊ နောက်ဆက်တွဲပုံ 11f) လျော့နည်းသွားခြင်းကြောင့်ဖြစ်သည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ယူဆပါသည်။ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှု၏ မြှင့်တင်ပေးသည့်အကျိုးသက်ရောက်မှုနှင့် Ni တက်ကြွသောနေရာများကို ထိန်းသိမ်းခြင်းကြောင့် V:Ni အချိုး 1:8 ရှိသော ဓာတ်ကူသည် V:Ni အချိုးစစ်ဆေးခြင်းစမ်းသပ်မှုတွင် အမြင့်ဆုံး FE နှင့် AA စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြသခဲ့သည်။ လျှပ်စစ်ဓာတ်အားဖြင့် ပြိုကွဲပြီးနောက် V:Ni အချိုးသည် ကိန်းသေတည်ရှိနေခြင်းရှိမရှိကို ရှင်းလင်းစေရန်အတွက် အသုံးပြုထားသော ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၏ ဖွဲ့စည်းမှုကို သွင်ပြင်လက္ခဏာပြခဲ့သည်။ ရလဒ်များအရ ကနဦး V:Ni အချိုး 1:16 မှ 1:4 အထိရှိသော ဓာတ်ကူပစ္စည်းများအတွက်၊ ဓာတ်ပြုပြီးနောက် V:Ni အချိုးသည် 1:22 ခန့်အထိ လျော့ကျသွားကြောင်း၊ ၎င်းသည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းပြန်လည်တည်ဆောက်မှုကြောင့် V ယိုစိမ့်ခြင်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၃)။ ကနဦး V:Ni အချိုးသည် 1:16 နှင့် ညီမျှသည် သို့မဟုတ် 1:16 ထက်မြင့်သောအခါတွင် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သော AA FE များကို တွေ့ရှိခဲ့သည်ကို သတိပြုပါ (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၁f)၊ ၎င်းကို ဓာတ်ကူပစ္စည်းပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းဖြင့် ရှင်းပြနိုင်ပြီး နှိုင်းယှဉ်နိုင်သော ဓာတ်ကူစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြသသည့် ဓာတ်ကူပစ္စည်းများတွင် အလားတူ V:Ni အချိုးများ ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။
COR စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ရာတွင် V-modified Ni(OH)2 ၏ အရေးပါမှုကို ထပ်မံအတည်ပြုရန်အတွက်၊ Ni(OH)2-NS ပစ္စည်းများတွင် V ကို ထည့်သွင်းရန် အခြားပေါင်းစပ်နည်းလမ်းနှစ်ခုကို ကျွန်ုပ်တို့ တီထွင်ခဲ့ပါသည်။ တစ်ခုမှာ ရောနှောနည်းလမ်းဖြစ်ပြီး နမူနာကို NiV-MIX ဟုရည်ညွှန်းပြီး နောက်တစ်ခုမှာ sequential sputtering နည်းလမ်းဖြစ်ပြီး နမူနာကို NiV-SP ဟုရည်ညွှန်းပါသည်။ ပေါင်းစပ်မှု၏ အသေးစိတ်အချက်အလက်များကို နည်းလမ်းများ အပိုင်းတွင် ဖော်ပြထားပါသည်။ SEM-EDS မြေပုံရေးဆွဲခြင်းက နမူနာနှစ်ခုလုံး၏ Ni(OH)2-NS မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် V ကို အောင်မြင်စွာ ပြုပြင်ထားကြောင်း ပြသခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၄)။ လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲမှုရလဒ်များက 1.8 VRHE တွင် NiV-MIX နှင့် NiV-SP အီလက်ထရုတ်များတွင် AA စွမ်းဆောင်ရည်မှာ အသီးသီး 78% နှင့် 79% ရှိပြီး နှစ်ခုစလုံးသည် Ni(OH)2-NS (51%) ထက် ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြသသည်။ ထို့အပြင်၊ NiV-MIX နှင့် NiV-SP အီလက်ထရုတ်များပေါ်ရှိ OER ကို Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%) နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက နှိမ်နင်းခဲ့သည် (FE O2: 7% နှင့် 2% အသီးသီး)။ ဤရလဒ်များသည် Ni(OH)2 ရှိ V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်းသည် OER နှိမ်နင်းမှုအပေါ် အပြုသဘောဆောင်သော အကျိုးသက်ရောက်မှုကို အတည်ပြုပါသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၄)။ သို့သော် ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၏ တည်ငြိမ်မှုကို ထိခိုက်စေခဲ့ပြီး၊ COR စက်ဝန်းခုနစ်ကြိမ်အပြီးတွင် NiV-MIX တွင် FE AA သည် ၄၅% နှင့် NiV-SP တွင် ၃၅% အထိ လျော့ကျသွားခြင်းဖြင့် ထင်ဟပ်ပြသည်၊ ၎င်းသည် ဤလုပ်ငန်းတွင် အဓိက ဓာတ်ကူပစ္စည်းဖြစ်သော NiV-LDH-NS ရှိ Ni(OH)2 lattice တွင် V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်းကဲ့သို့သော V မျိုးစိတ်များကို တည်ငြိမ်စေရန် သင့်လျော်သော နည်းလမ်းများ လက်ခံကျင့်သုံးရန် လိုအပ်ကြောင်း ဆိုလိုသည်။
COR ကို ዑደ့များစွာ ዑደ့ခြင်းဖြင့် Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS တို့၏ တည်ငြိမ်မှုကိုလည်း ကျွန်ုပ်တို့ အကဲဖြတ်ခဲ့ပါသည်။ ዑደ့တစ်ခုလျှင် ၁ နာရီကြာ ဓာတ်ပြုမှုကို ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး ዑደ့တစ်ခုပြီးတိုင်း electrolyte ကို အစားထိုးခဲ့သည်။ ၇ ကြိမ်မြောက် ዑደ့ပြီးနောက် Ni(OH)2-NS တွင် FE နှင့် AA စွမ်းဆောင်ရည်သည် အသီးသီး ၅၀% နှင့် ၆၀% ကျဆင်းသွားခဲ့ပြီး OER တိုးလာသည်ကို တွေ့ရှိခဲ့ရသည် (ပုံ ၂i၊ j)။ ዑደ့တစ်ခုပြီးတိုင်း catalyst များ၏ cyclic voltammetry (CV) curves များကို ကျွန်ုပ်တို့ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့ပြီး Ni2+ ၏ oxidation peak တဖြည်းဖြည်း လျော့ကျလာသည်ကို သတိပြုမိခဲ့ပြီး Ni ၏ redox စွမ်းရည် လျော့ကျသွားကြောင်း ညွှန်ပြသည် (နောက်ဆက်တွဲ ပုံ ၁၅a–c)။ electrolysis အတွင်း electrolyte တွင် Ni cation ပါဝင်မှု တိုးလာခြင်းနှင့်အတူ (နောက်ဆက်တွဲ ပုံ ၁၅d)၊ စွမ်းဆောင်ရည် ယိုယွင်းခြင်း (FE နှင့် AA ထုတ်လုပ်မှု လျော့ကျခြင်း) ကို catalyst မှ Ni ယိုစိမ့်ခြင်းကြောင့်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ ယူဆပြီး OER လုပ်ဆောင်ချက်ကို ပြသသည့် Ni foamed substrate ပိုမိုထိတွေ့စေခဲ့သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနဲ့၊ NiV-LDH-NS က FE နဲ့ AA ထုတ်လုပ်မှုကျဆင်းမှုကို 10% အထိ နှေးကွေးစေခဲ့ပါတယ် (ပုံ 2i, j)၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုက Ni ယိုစိမ့်မှုကို ထိရောက်စွာ ဟန့်တားပေးတယ်လို့ ညွှန်ပြနေပါတယ် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 15d)။ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုရဲ့ မြင့်မားတဲ့တည်ငြိမ်မှုကို နားလည်ဖို့အတွက်၊ ကျွန်တော်တို့ သီအိုရီဆိုင်ရာ တွက်ချက်မှုတွေကို လုပ်ဆောင်ခဲ့ပါတယ်။ ယခင်စာပေ 34,35 အရ၊ catalyst ရဲ့ တက်ကြွတဲ့မျက်နှာပြင်ပေါ်က သတ္တုအက်တမ်တွေရဲ့ demetallization လုပ်ငန်းစဉ်ရဲ့ enthalpy ပြောင်းလဲမှုကို catalyst တည်ငြိမ်မှုကို အကဲဖြတ်ဖို့အတွက် ကျိုးကြောင်းဆီလျော်တဲ့ ဖော်ပြချက်တစ်ခုအဖြစ် အသုံးပြုနိုင်ပါတယ်။ ဒါကြောင့်၊ ပြန်လည်တည်ဆောက်ထားတဲ့ Ni(OH)2-NS နဲ့ NiV-LDH-NS (NiOOH နဲ့ NiVOOH အသီးသီး) ရဲ့ (100) မျက်နှာပြင်ပေါ်က Ni အက်တမ်တွေရဲ့ demetallization လုပ်ငန်းစဉ်ရဲ့ enthalpy ပြောင်းလဲမှုတွေကို ခန့်မှန်းခဲ့ပါတယ် (မော်ဒယ်တည်ဆောက်ပုံရဲ့ အသေးစိတ်အချက်အလက်တွေကို နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု 2 နဲ့ နောက်ဆက်တွဲပုံ 16 မှာ ဖော်ပြထားပါတယ်)။ NiOOH နဲ့ NiVOOH ကနေ Ni ရဲ့ demetallization လုပ်ငန်းစဉ်ကို သရုပ်ဖော်ထားပါတယ် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 17)။ NiVOOH (0.0325 eV) ပေါ်တွင် Ni demetallization ၏ စွမ်းအင်ကုန်ကျစရိတ်သည် NiOOH (0.0005 eV) ထက် ပိုမိုမြင့်မားပြီး V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် NiOOH ၏ တည်ငြိမ်မှုကို မြှင့်တင်ပေးသည်ဟု ညွှန်ပြသည်။
NiV-LDH-NS အပေါ် OER inhibitory effect ကို အတည်ပြုရန်အတွက်၊ အထူးသဖြင့် anodic potentials မြင့်မားသောအခြေအနေများတွင်၊ မတူညီသောနမူနာများတွင် potential-dependent O2 ဖွဲ့စည်းမှုကို စုံစမ်းစစ်ဆေးရန် differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) ကို လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။ ရလဒ်များအရ cyclohexanone မရှိချိန်တွင် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ O2 သည် 1.53 VRHE ၏ ကနဦး potential တွင် ပေါ်လာပြီး ၎င်းသည် Ni(OH)2-NS ပေါ်ရှိ O2 ထက် အနည်းငယ်နိမ့်ကြောင်း (1.62 VRHE) (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၈) ပြသခဲ့သည်။ ဤရလဒ်သည် COR အတွင်း NiV-LDH-NS ၏ OER inhibition သည် ၎င်း၏ intrinsic low OER activity ကြောင့်မဟုတ်နိုင်ကြောင်း အကြံပြုထားပြီး၊ ၎င်းသည် cyclohexanone မပါသော Ni(OH)2-NS ပေါ်တွင်ထက် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ linear sweep voltammetry (LSV) curves များတွင် current density အနည်းငယ်မြင့်မားခြင်းနှင့် ကိုက်ညီကြောင်း အကြံပြုထားသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၉)။ cyclohexanone မိတ်ဆက်ပြီးနောက်၊ O2 ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ် နှောင့်နှေးခြင်း (COR ၏ thermodynamic အားသာချက်ကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်) သည် အလားအလာနည်းသော ဒေသတွင် AA ၏ FE မြင့်မားခြင်းကို ရှင်းပြသည်။ ပိုအရေးကြီးသည်မှာ NiV-LDH-NS (1.73 VRHE) တွင် OER onset potential သည် Ni(OH)2-NS (1.65 VRHE) ထက် ပိုမိုနှောင့်နှေးပြီး ၎င်းသည် NiV-LDH-NS တွင် AA ၏ FE မြင့်မားခြင်းနှင့် ပိုမိုအပြုသဘောဆောင်သော အလားအလာများတွင် O2 ၏ FE နိမ့်ခြင်းနှင့် ကိုက်ညီသည် (ပုံ ၂ဂ)။
V ပြုပြင်မွမ်းမံမှု၏ မြှင့်တင်ပေးသည့် အာနိသင်ကို ပိုမိုနားလည်နိုင်ရန်အတွက်၊ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ OER နှင့် COR ဓာတ်ပြုမှု kinetics ကို ၎င်းတို့၏ Tafel slope များကို တိုင်းတာခြင်းဖြင့် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့ပါသည်။ Tafel ဒေသရှိ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆသည် LSV စမ်းသပ်မှုအတွင်း Ni2+ မှ Ni3+ သို့ ဓာတ်တိုးခြင်းကြောင့်ဖြစ်ကြောင်း သတိပြုသင့်ပါသည်။ COR Tafel slope တိုင်းတာမှုအပေါ် Ni2+ ဓာတ်တိုးခြင်း၏ အာနိသင်ကို လျှော့ချရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် ဦးစွာ catalyst ကို 1.8 VRHE တွင် 10 မိနစ်ကြာ ဓာတ်တိုးပြီးနောက် LSV စစ်ဆေးမှုများကို reverse scan mode ဖြင့် လုပ်ဆောင်ခဲ့ပါသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ အလားအလာမြင့်မှ အလားအလာနိမ့်သို့ဖြစ်သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 20)။ မူရင်း LSV curve ကို Tafel slope ရရှိရန် 100% iR compensation ဖြင့် ပြင်ဆင်ခဲ့သည်။ cyclohexanone မရှိခြင်းကြောင့် NiV-LDH-NS (41.6 mV dec−1) ၏ Tafel slope သည် Ni(OH)2-NS (65.5 mV dec−1) ထက် နိမ့်ကျနေပြီး၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်းဖြင့် OER kinetics ကို မြှင့်တင်နိုင်ကြောင်း ညွှန်ပြသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 20c)။ cyclohexanone မိတ်ဆက်ပြီးနောက်၊ NiV-LDH-NS (37.3 mV dec−1) သည် Ni(OH)2-NS (127.4 mV dec−1) ထက် နိမ့်ကျနေပြီး၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် OER နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက COR အပေါ် ပိုမိုသိသာထင်ရှားသော kinetic effect ရှိကြောင်း ညွှန်ပြသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 20d)။ ဤရလဒ်များက V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် OER ကို တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း မြှင့်တင်ပေးသော်လည်း၊ ၎င်းသည် COR kinetics ကို သိသိသာသာ အရှိန်မြှင့်ပေးပြီး AA ၏ FE တိုးလာစေကြောင်း အကြံပြုထားသည်။
အထက်ဖော်ပြပါ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် FE နှင့် AA ၏ စွမ်းဆောင်ရည်အပေါ် မည်သို့မြှင့်တင်ပေးသည်ကို နားလည်ရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် ယန္တရားလေ့လာမှုကို အာရုံစိုက်ခဲ့ပါသည်။ ယခင်အစီရင်ခံစာအချို့တွင် heteroatom ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် catalyst များ၏ crystallinity ကို လျှော့ချပေးပြီး electrochemically active surface area (EAS) ကို တိုးစေနိုင်ကြောင်း၊ ထို့ကြောင့် active sites အရေအတွက်ကို တိုးစေပြီး catalytic activity ကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေကြောင်း ပြသထားသည်36,37။ ဤဖြစ်နိုင်ခြေကို စုံစမ်းစစ်ဆေးရန်အတွက်၊ electrochemical activation မတိုင်မီနှင့် ပြုလုပ်ပြီးနောက် ECSA တိုင်းတာမှုများကို ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး ရလဒ်များအရ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS တို့၏ ECSA သည် catalytic enhancement အပေါ် V ပြုပြင်မွမ်းမံပြီးနောက် active site density ၏ သြဇာလွှမ်းမိုးမှုကို ချန်လှပ်ထားခြင်းဖြင့် နှိုင်းယှဉ်နိုင်ကြောင်း ပြသခဲ့သည် (Supplementary Fig. 21)။
ယေဘုယျလက်ခံထားသော အသိပညာအရ အယ်လ်ကိုဟော သို့မဟုတ် အခြား nucleophilic substrates များ၏ Ni(OH)2 ဖြင့် ဓာတ်ကူပေးသော electrooxidation တွင်၊ Ni(OH)2 သည် ဦးစွာ အီလက်ထရွန်များနှင့် ပရိုတွန်များကို ဆုံးရှုံးပြီးနောက် သတ်မှတ်ထားသော anodic potential38,39,40,41 တွင် electrochemical steps များမှတစ်ဆင့် NiOOH သို့ လျှော့ချသည်။ ဖွဲ့စည်းထားသော NiOOH သည် nucleophilic substrate မှ ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှင့် အီလက်ထရွန်များကို ဓာတုဗေဒ steps များမှတစ်ဆင့် ထုတ်ယူရန် activated product20,41 ကို လုပ်ဆောင်သည်။ သို့သော်၊ NiOOH သို့ လျှော့ချခြင်းသည် Ni(OH)2 ပေါ်တွင် အယ်လ်ကိုဟော၏ electrooxidation အတွက် rate-determining step (RDS) အဖြစ် ဆောင်ရွက်နိုင်သော်လည်း၊ မကြာသေးမီက စာပေများတွင် အကြံပြုထားသည့်အတိုင်း၊ Ni3+ အယ်လ်ကိုဟောများ၏ oxidation သည် Ni3+41,42 ၏ unoccupied orbitals များမှတစ်ဆင့် non-redox electron transfer မှတစ်ဆင့် spontaneous လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခု ဖြစ်နိုင်ကြောင်း အစီရင်ခံစာများ ထွက်ပေါ်ခဲ့သည်။ တူညီသောစာပေများတွင် ဖော်ပြထားသော ယန္တရားဆိုင်ရာလေ့လာမှုမှ လှုံ့ဆော်မှုရယူ၍ COR ကာလအတွင်း Ni3+ လျော့ကျမှုကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော Ni2+ ဖွဲ့စည်းမှုကို in situ ဖမ်းယူရန်အတွက် dimethylglyoxime disodium salt octahydrate (C4H6N2Na2O2 8H2O) ကို probe molecule အဖြစ်အသုံးပြုခဲ့သည် (Supplementary Fig. 22 နှင့် Supplementary Note 3)။ ရလဒ်များအရ Ni2+ ဖွဲ့စည်းမှုကိုပြသခဲ့ပြီး NiOOH ၏ ဓာတုဗေဒလျော့ချမှုနှင့် Ni(OH)2 ၏ electrooxidation တို့သည် COR လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း တစ်ပြိုင်နက်တည်းဖြစ်ပေါ်ခဲ့ကြောင်း အတည်ပြုခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့် catalytic activity သည် Ni(OH)2 ကို NiOOH အဖြစ်လျော့ချခြင်း၏ kinetics ပေါ်တွင် သိသိသာသာမူတည်နိုင်သည်။ ဤအခြေခံမူအပေါ်အခြေခံ၍ V ကိုပြုပြင်မွမ်းမံခြင်းသည် Ni(OH)2 လျော့ချမှုကိုအရှိန်မြှင့်ပေးပြီး COR ကိုတိုးတက်စေမည်လားဆိုသည်ကို ကျွန်ုပ်တို့ဆက်လက်စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သည်။
အထက်ဖော်ပြပါ “လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒ-ဓာတုဗေဒ” လုပ်ငန်းစဉ် (ပုံ ၃က) ကို လိုက်နာပြီး cyclohexanone မိတ်ဆက်ပြီးနောက် အပြုသဘောဆောင်သော အလားအလာများတွင် NiOOH ဖွဲ့စည်းခြင်းနှင့် ၎င်း၏နောက်ဆက်တွဲ သုံးစွဲမှုကို လေ့လာခြင်းဖြင့် ကျွန်ုပ်တို့သည် in situ Raman နည်းပညာများကို ပထမဆုံးအသုံးပြုခဲ့ပါသည်။ ထို့အပြင်၊ ပြန်လည်တည်ဆောက်ထားသော NiV-LDH-NS ၏ ဓာတ်ပြုမှုသည် Ni(OH)2-NS ထက် ကျော်လွန်ပြီး Ni3+–O Raman အချက်ပြမှု အရှိန်မြှင့်ပျောက်ကွယ်သွားခြင်းက သက်သေပြခဲ့သည်။ ထို့နောက် cyclohexanone ရှိနေခြင်း သို့မဟုတ် မရှိခြင်းတွင် Ni(OH)2-NS နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက NiOOH ဖွဲ့စည်းမှုအတွက် အပြုသဘောဆောင်သော အလားအလာ နည်းပါးကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ပြသခဲ့သည် (ပုံ ၃ခ၊ ဂ နှင့် နောက်ဆက်တွဲပုံ ၄ဂ၊ ဃ)။ အထူးသဖြင့် NiV-LDH-NS ၏ သာလွန်ကောင်းမွန်သော OER စွမ်းဆောင်ရည်သည် Raman တိုင်းတာမှုရည်မှန်းချက်၏ ရှေ့မှန်ဘီလူးတွင် ပူဖောင်းများ ပိုမိုကပ်ငြိစေပြီး 1.55 VRHE ရှိ Raman ထိပ်ဖျား ပျောက်ကွယ်သွားစေသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၄ဃ)။ DEMS ရလဒ်များ (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၈) အရ၊ အလားအလာနည်းသော အခြေအနေများတွင် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ (Ni(OH)2-NS အတွက် VRHE < 1.58 နှင့် NiV-LDH-NS အတွက် VRHE < 1.53) သည် အဓိကအားဖြင့် cyclohexanone မရှိခြင်းတွင် OER အစား Ni2+ အိုင်းယွန်းများ ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းကြောင့် ဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် LSV မျဉ်းကွေးရှိ Ni2+ ၏ အောက်ဆီဒေးရှင်း အထွတ်အထိပ်သည် NiV-LDH-NS ထက် ပိုမိုအားကောင်းပြီး V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် NiV-LDH-NS အား ပိုမိုကောင်းမွန်သော ပြန်လည်ပြုပြင်နိုင်စွမ်းကို ပေးစွမ်းကြောင်း ညွှန်ပြသည် (အသေးစိတ် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုအတွက် နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၉ ကို ကြည့်ပါ)။
a။ 0.5 M KOH နှင့် 0.4 M cyclohexanone တွင် 1.5 VRHE တွင် 60 s ကြာ preoxidation ပြုလုပ်ပြီးနောက် OCP အခြေအနေများအောက်တွင် Ni(OH)2-NS (ဘယ်ဘက်) နှင့် NiV-LDH-NS (ညာဘက်) တို့၏ In situ Raman spectra။ b။ Ni(OH)2-NS ၏ In situ Raman spectra နှင့် c။ 0.5 M KOH + 0.4 M cyclohexanone တွင် NiV-LDH-NS တို့ကို potential အမျိုးမျိုးတွင် တွေ့ရှိရသည်။ d။ 0.5 M KOH နှင့် e။ 0.5 M KOH နှင့် 0.4 M cyclohexanone ရှိ Ni K-edge တွင် Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS တို့၏ In situ XANES spectra။ ထည့်သွင်းပုံတွင် 8342 နှင့် 8446 eV အကြားရှိ ချဲ့ထားသော spectral region ကို ပြသထားသည်။ f။ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ရှိ Ni ၏ Valence state များကို potential အမျိုးမျိုးတွင် တွေ့ရှိရသည်။ g cyclohexanone ထည့်သွင်းခြင်းမပြုမီနှင့် ပြုလုပ်ပြီးနောက် NiV-LDH-NS ၏ In situ Ni EXAFS spectra များ။ h Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ၏ သီအိုရီဆိုင်ရာ မော်ဒယ်များ။ အပေါ်ဆုံး- Ni(OH)2-NS တွင် Ni(OH)2-NS မှ NiOOH သို့ နှေးကွေးသော ပြန်လည်ပြုပြင်ခြင်းသည် RDS အဖြစ် လုပ်ဆောင်ပြီး cyclohexanone သည် AA ထုတ်လုပ်ရန် ဓာတုအဆင့်များမှတစ်ဆင့် မြင့်မားသောတန်ဖိုး Ni မျိုးစိတ်ကို လျှော့ချပေးသည်။ အောက်ဆုံး- NiV-LDH-NS တွင် V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုကြောင့် ပြန်လည်ပြုပြင်ခြင်းအဆင့်ကို လွယ်ကူချောမွေ့စေပြီး ပြန်လည်ပြုပြင်ခြင်းအဆင့်မှ ဓာတုအဆင့်သို့ RDS လွှဲပြောင်းပေးသည်။ i Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းအပေါ်တွင် Gibbs အခမဲ့စွမ်းအင် ပြောင်းလဲသွားပါသည်။ aj နှင့် i အတွက် raw data ကို raw data file တွင် ပေးထားသည်။
catalyst reduction အတွင်း အက်တမ်နှင့် အီလက်ထရွန်နစ်ဖွဲ့စည်းပုံများ၏ ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ်ကို စုံစမ်းစစ်ဆေးရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် in situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) စမ်းသပ်ချက်များကို ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး၊ ၎င်းသည် Ni မျိုးစိတ်များ၏ ဒိုင်းနမစ်ကို အဆင့်သုံးဆင့်ဖြင့် စမ်းသပ်ရန် အစွမ်းထက်သောကိရိယာတစ်ခုကို ပံ့ပိုးပေးခဲ့သည်- OER၊ cyclohexanone ထိုးသွင်းခြင်းနှင့် open circuit potential (OCP) တွင် COR။ ပုံတွင် cyclohexanone ထိုးသွင်းခြင်းမပြုမီနှင့် ထိုးသွင်းပြီးနောက် potential တိုးလာသော Ni ၏ K-edge XANES spectra များကို ပြသထားသည် (ပုံ 3d၊ e)။ potential တူညီသောတွင် NiV-LDH-NS ၏ absorption edge energy သည် Ni(OH)2-NS ထက် သိသိသာသာ ပိုမိုအပြုသဘောဆောင်သည် (ပုံ 3d၊ e၊ inset)။ အခြေအနေတစ်ခုစီအောက်တွင် Ni ၏ ပျမ်းမျှ valence ကို XANES spectra ၏ linear combined fit နှင့် Ni K-edge absorption energy shift ၏ regression (ပုံ 3f) ဖြင့် ခန့်မှန်းခဲ့ပြီး၊ ထုတ်ဝေထားသော စာပေ (Supplementary Fig. 23)43 မှ reference spectrum ကို ရယူထားသည်။
ပထမအဆင့် (OER လုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ကိုက်ညီသော cyclohexanone မိတ်ဆက်ခြင်းမပြုမီ၊ ပုံ 3f၊ ဘယ်ဘက်) တွင်၊ unreconstructed catalyst ၏ potential တွင် (<1.3 VRHE)၊ NiV-LDH-NS ရှိ Ni ၏ valence state (+1.83) သည် Ni(OH)2-NS (+1.97) ထက် အနည်းငယ်နိမ့်ပြီး၊ အထက်ဖော်ပြပါ XPS ရလဒ်များနှင့် ကိုက်ညီစွာ V မှ Ni သို့ အီလက်ထရွန်လွှဲပြောင်းမှုကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည် (ပုံ 2f)။ potential သည် reduction point (1.5 VRHE) ကို ကျော်လွန်သောအခါ၊ NiV-LDH-NS ရှိ Ni ၏ valence state (+3.28) သည် Ni(OH)2-NS (+2.49) နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ပိုမိုသိသာထင်ရှားသော တိုးတက်မှုကို ပြသသည်။ potential မြင့်မားမှု (1.8 VRHE) တွင်၊ NiV-LDH-NS (+3.64) တွင် ရရှိသော Ni အမှုန်များ၏ valence state သည် Ni(OH)2-NS (+3.47) ထက် ပိုမိုမြင့်မားသည်။ မကြာသေးမီက အစီရင်ခံစာများအရ ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် Ni3+xOOH1-x (Ni3+x သည် Ni3+ နှင့် Ni4+ ရောနှောထားသော မျိုးစိတ်တစ်ခုဖြစ်သည်) ၏ဖွဲ့စည်းပုံတွင် တန်ဖိုးမြင့် Ni4+ မျိုးစိတ်များဖွဲ့စည်းခြင်းနှင့် ကိုက်ညီပြီး ယခင်က အယ်လ်ကိုဟော ဒီဟိုက်ဒရိုဂျင်နိတ်38,39,44 တွင် ဓါတ်ကူပစ္စည်းအဖြစ် လုပ်ဆောင်ချက် မြင့်မားစွာပြသခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့် COR ရှိ NiV-LDH-NS ၏ သာလွန်ကောင်းမွန်သော စွမ်းဆောင်ရည်သည် ဓါတ်ကူပစ္စည်းအဖြစ် တက်ကြွသော တန်ဖိုးမြင့် Ni မျိုးစိတ်များဖွဲ့စည်းရန် လျော့ချနိုင်စွမ်း မြင့်မားခြင်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်။
ဒုတိယအဆင့် (လက်စွပ်ဖွင့်ပြီးနောက် cyclohexanone မိတ်ဆက်ခြင်း၊ ပုံ 3f) တွင်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှစ်ခုလုံးတွင် Ni ၏ valence state သိသိသာသာကျဆင်းသွားပြီး၊ ၎င်းသည် cyclohexanone မှ Ni3+xOOH1-x ၏ reduction လုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ကိုက်ညီပြီး၊ ၎င်းသည် in situ Raman spectroscopy (ပုံ 3a) ၏ရလဒ်များနှင့် ကိုက်ညီပြီး၊ Ni ၏ valence state သည် မူလအခြေအနေသို့ နီးပါးပြန်လည်ရောက်ရှိသွားသည် (အလားအလာနည်းသော ပထမအဆင့်)၊ ၎င်းသည် Ni ၏ Ni3+xOOH1-x သို့ redox လုပ်ငန်းစဉ် ပြောင်းပြန်လှန်နိုင်မှုကို ညွှန်ပြသည်။
တတိယအဆင့် (COR လုပ်ငန်းစဉ်) တွင် COR အလားအလာများ (1.5 နှင့် 1.8 VRHE; ပုံ 3f၊ ညာဘက်) တွင် Ni(OH)2-NS ရှိ Ni ၏ valence state သည် အနည်းငယ်သာတိုးလာသည် (+2.16 နှင့် +2.40)၊ ၎င်းသည် ပထမအဆင့် (+2.49 နှင့် +3.47) ရှိ potential တူညီမှုထက် သိသိသာသာနိမ့်သည်။ ဤရလဒ်များက cyclohexanone ထိုးသွင်းပြီးနောက် COR သည် Ni(OH)2-NS ပေါ်ရှိ NiOOH နှင့် cyclohexanone အကြား ဓာတုအဆင့်ထက် Ni2+ မှ Ni3+x သို့ နှေးကွေးသောဓာတ်တိုးခြင်း (ဆိုလိုသည်မှာ Ni ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်း) ဖြင့် kinetically ကန့်သတ်ထားပြီး Ni ကို low-valence state တွင်ထားရှိကြောင်း ဖော်ပြသည်။ ထို့ကြောင့် Ni ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းသည် Ni(OH)2-NS ပေါ်ရှိ COR လုပ်ငန်းစဉ်တွင် RDS အဖြစ် ဆောင်ရွက်နိုင်သည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ ကောက်ချက်ချပါသည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေနဲ့၊ NiV-LDH-NS သည် COR လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း Ni မျိုးစိတ်များ၏ valence (>3) မြင့်မားမှုကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်ပြီး၊ တူညီသော potential (1.65 နှင့် 1.8 VRHE) တွင် ပထမအဆင့်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက valence လျော့နည်းသွားခြင်း (0.2 ထက်နည်း) ဖြစ်ပြီး၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် Ni2+ မှ Ni3+x သို့ အောက်ဆီဒေးရှင်းကို kineticly မြှင့်တင်ပေးပြီး cyclohexanone လျှော့ချခြင်း၏ ဓာတုအဆင့်ထက် Ni လျှော့ချခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကို ပိုမိုမြန်ဆန်စေကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ တိုးချဲ့ X-ray absorption fine structure (EXAFS) ရလဒ်များသည် cyclohexanone ရှိနေချိန်တွင် Ni–O (1.6 မှ 1.4 Å မှ) နှင့် Ni–Ni(V) (2.8 မှ 2.4 Å မှ) ချည်နှောင်မှုများ၏ ပြီးပြည့်စုံသော အသွင်ပြောင်းမှုကိုလည်း ဖော်ပြသည်။ ၎င်းသည် Ni(OH)2 အဆင့်ကို NiOOH အဆင့်သို့ ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းနှင့် cyclohexanone ဖြင့် NiOOH အဆင့်၏ ဓာတုလျှော့ချခြင်းနှင့် ကိုက်ညီသည် (ပုံ 3g)။ သို့သော်၊ cyclohexanone သည် Ni(OH)2-NS ၏ လျော့ချမှု kinetics ကို သိသိသာသာ ဟန့်တားခဲ့သည် (အသေးစိတ်အတွက် နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု ၄ နှင့် နောက်ဆက်တွဲပုံ ၂၄ ကိုကြည့်ပါ)။
အလုံးစုံပြောရလျှင်၊ Ni(OH)2-NS (ပုံ 3h၊ အပေါ်) တွင် Ni(OH)2 အဆင့်မှ NiOOH အဆင့်သို့ ဖြည်းဖြည်းချင်း လျှော့ချခြင်းအဆင့်သည် NiOOH ၏ ဓာတုလျှော့ချမှုအတွင်း cyclohexanone မှ AA ဖွဲ့စည်းခြင်း၏ ဓာတုအဆင့်ထက် အလုံးစုံ COR လုပ်ငန်းစဉ်၏ RDS အဖြစ် ဆောင်ရွက်နိုင်သည်။ NiV-LDH-NS (ပုံ 3h၊ အောက်) တွင် V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် Ni2+ ၏ oxidation kinetics ကို Ni3+x သို့ မြှင့်တင်ပေးပြီး၊ ထို့ကြောင့် (ဓာတုလျှော့ချခြင်းဖြင့် စားသုံးမှုအစား) NiVOOH ဖွဲ့စည်းမှုကို အရှိန်မြှင့်ပေးပြီး၊ RDS ကို ဓာတုအဆင့်သို့ ရွှေ့ပေးသည်။ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော Ni ပြန်လည်တည်ဆောက်မှုကို နားလည်ရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် နောက်ထပ်သီအိုရီဆိုင်ရာ တွက်ချက်မှုများကို လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။ ပုံ 3h တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ၏ ပြန်လည်တည်ဆောက်မှုလုပ်ငန်းစဉ်ကို ကျွန်ုပ်တို့ ပုံစံတူပြုလုပ်ခဲ့သည်။ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ lattice hydroxyl အုပ်စုများသည် electrolyte တွင် OH- ကို ထုတ်ယူခြင်းဖြင့် deprotonated လုပ်ကာ electron-deficient lattice oxygen ကို ဖန်တီးသည်။ သက်ဆိုင်ရာ ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများမှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်။
ပြန်လည်တည်ဆောက်မှု၏ Gibbs လွတ်လပ်သောစွမ်းအင်ပြောင်းလဲမှုကို တွက်ချက်ခဲ့သည် (ပုံ 3i)၊ NiV-LDH-NS (0.81 eV) သည် Ni(OH)2-NS (1.66 eV) ထက် Gibbs လွတ်လပ်သောစွမ်းအင်ပြောင်းလဲမှုကို ပြသခဲ့ပြီး V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် Ni ပြန်လည်တည်ဆောက်မှုအတွက် လိုအပ်သောဗို့အားကို လျှော့ချပေးသည်ဟု ညွှန်ပြသည်။ ပြန်လည်တည်ဆောက်မှုကို မြှင့်တင်ခြင်းသည် COR တစ်ခုလုံး၏ စွမ်းအင်အတားအဆီးကို လျှော့ချပေးနိုင်သည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ယုံကြည်ပါသည် (အသေးစိတ်အတွက် အောက်ပါဓာတ်ပြုမှုယန္တရားလေ့လာမှုကို ကြည့်ပါ)၊ ထို့ကြောင့် မြင့်မားသောလျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆများတွင် ဓာတ်ပြုမှုကို အရှိန်မြှင့်ပေးပါသည်။
အထက်ဖော်ပြပါ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာချက်အရ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် Ni(OH)2 ၏ လျင်မြန်စွာ အဆင့်ပြန်လည်စီစဉ်ခြင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး ဓာတ်ပြုမှုနှုန်းနှင့် COR လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆကို တိုးမြင့်စေကြောင်း ပြသထားသည်။ သို့သော် Ni3+x နေရာများသည် OER လုပ်ဆောင်ချက်ကိုလည်း မြှင့်တင်ပေးနိုင်သည်။ cyclohexanone မပါသော LSV မျဉ်းကွေးမှ NiV-LDH-NS ၏ လက်ရှိသိပ်သည်းဆသည် Ni(OH)2-NS (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၁၉) ထက် မြင့်မားကြောင်း ထင်ရှားပြီး ၎င်းသည် COR နှင့် OER ဓာတ်ပြုမှုများကို ယှဉ်ပြိုင်မှု ဓာတ်ပြုမှုများ ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ ထို့ကြောင့် NiV-LDH-NS ထက် AA ၏ သိသိသာသာ မြင့်မားသော FE ကို အဆင့်ပြန်လည်စီစဉ်ခြင်းကို မြှင့်တင်ပေးသည့် V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်းဖြင့် အပြည့်အဝ ရှင်းပြ၍မရပါ။
အယ်ကာလိုင်း မီဒီယာတွင်၊ nucleophilic substrates များ၏ electrooxidation reaction များသည် Langmuir–Hinshelwood (LH) model ကို လိုက်နာလေ့ရှိကြောင်း ယေဘုယျအားဖြင့် လက်ခံထားကြသည်။ အထူးသဖြင့်၊ substrate နှင့် OH− anions များသည် catalyst မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ယှဉ်ပြိုင်စွာ ပူးတွဲစုပ်ယူခံရပြီး adsorbed OH− သည် active hydroxyl groups (OH*) အဖြစ်သို့ oxidized လုပ်ခံရပြီး ၎င်းသည် nucleophiles များ၏ oxidation အတွက် electrophiles အဖြစ် ဆောင်ရွက်ပေးပြီး၊ ယင်းယန္တရားကို ယခင်က စမ်းသပ်မှုဒေတာနှင့်/သို့မဟုတ် သီအိုရီဆိုင်ရာ တွက်ချက်မှုများဖြင့် သရုပ်ပြခဲ့ပြီးဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် reactants များ၏ ပါဝင်မှုနှင့် ၎င်းတို့၏ အချိုး (organic substrate နှင့် OH−) သည် catalyst မျက်နှာပြင်၏ reactant coverage ကို ထိန်းချုပ်နိုင်ပြီး FE နှင့် target product ၏ yield ကို သက်ရောက်မှုရှိစေသည်14,48,49,50။ ကျွန်ုပ်တို့၏ကိစ္စတွင်၊ NiV-LDH-NS တွင် cyclohexanone မျက်နှာပြင် coverage မြင့်မားခြင်းသည် COR လုပ်ငန်းစဉ်ကို အထောက်အကူပြုပြီး ပြောင်းပြန်အားဖြင့် Ni(OH)2-NS တွင် cyclohexanone မျက်နှာပြင် coverage နည်းပါးခြင်းသည် OER လုပ်ငန်းစဉ်ကို အထောက်အကူပြုသည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ ယူဆပါသည်။
အထက်ပါယူဆချက်ကိုစမ်းသပ်ရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများ (C၊ cyclohexanone နှင့် COH−) ၏ ပြင်းအားနှင့် ဆက်စပ်သော စမ်းသပ်မှုနှစ်ခုကို ဦးစွာပြုလုပ်ခဲ့ပါသည်။ ပထမဆုံးစမ်းသပ်မှုကို cyclohexanone C ပါဝင်မှု (0.05 ~ 0.45 M) နှင့် ပုံသေ COH− ပါဝင်မှု (0.5 M) ရှိသော Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ဓာတ်ကူပစ္စည်းများပေါ်တွင် ကိန်းသေ potential (1.8 VRHE) တွင် electrolysis ဖြင့် ပြုလုပ်ခဲ့ပါသည်။ ထို့နောက် FE နှင့် AA ထုတ်လုပ်မှုစွမ်းအားကို တွက်ချက်ခဲ့ပါသည်။ NiV-LDH-NS ဓာတ်ကူပစ္စည်းအတွက်၊ AA yield နှင့် cyclohexanone C အကြား ဆက်နွယ်မှုသည် LH mode တွင် ပုံမှန် “volcanic type” curve ကိုပြသခဲ့သည် (ပုံ ၄က)၊ cyclohexanone coverage မြင့်မားခြင်းသည် OH− adsorption နှင့် ယှဉ်ပြိုင်ကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ Ni(OH)2-NS အတွက်၊ cyclohexanone ၏ C2 ပမာဏ 0.05 မှ 0.45 M အထိ တိုးလာသည်နှင့်အမျှ AA ထွက်နှုန်းသည် အဆက်မပြတ် တိုးလာပြီး cyclohexanone ၏ အစုလိုက်ပါဝင်မှု မြင့်မားနေသော်လည်း (0.45 M)၊ ၎င်း၏ မျက်နှာပြင် ဖုံးအုပ်မှုမှာ အတော်လေး နည်းပါးနေဆဲဖြစ်ကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ ထို့အပြင်၊ COH− 1.5 M အထိ တိုးလာခြင်းနှင့်အတူ၊ cyclohexanone ၏ C2 ပေါ်မူတည်၍ Ni(OH)2-NS တွင် “မီးတောင်အမျိုးအစား” မျဉ်းကွေးတစ်ခုကို တွေ့ရှိရပြီး NiV-LDH-NS နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက စွမ်းဆောင်ရည်၏ ပြောင်းလဲမှုအမှတ် နှောင့်နှေးခဲ့ပြီး Ni(OH)2-NS တွင် cyclohexanone ၏ စုပ်ယူမှု အားနည်းကြောင်း ထပ်မံသက်သေပြခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲ ပုံ 25a နှင့် မှတ်စု 5)။ ထို့အပြင်၊ NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ AA ၏ FE သည် C-cyclohexanone ကို အလွန်အမင်းထိခိုက်လွယ်ပြီး C-cyclohexanone ကို 0.05 M မှ 0.3 M သို့ တိုးမြှင့်လိုက်သောအခါ 80% ကျော်အထိ လျင်မြန်စွာ မြင့်တက်လာခဲ့ပြီး cyclohexanone သည် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် အလွယ်တကူ ကြွယ်ဝလာကြောင်း ညွှန်ပြသည် (ပုံ 4b)။ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့်၊ C-cyclohexanone ၏ ပါဝင်မှုကို တိုးမြှင့်ခြင်းသည် Ni(OH)2-NS ပေါ်ရှိ OER ကို သိသိသာသာ မဟန့်တားနိုင်ဘဲ၊ ၎င်းသည် cyclohexanone စုပ်ယူမှု မလုံလောက်ခြင်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့်၊ catalytic efficiency ပေါ်တွင် COH− ၏ မှီခိုမှုကို နောက်ထပ် စုံစမ်းစစ်ဆေးမှုကလည်း NiV-LDH-NS နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက cyclohexanone ၏ စုပ်ယူမှု တိုးတက်ကောင်းမွန်လာပြီး AA ၏ FE ကို မလျော့ကျစေဘဲ COR လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း COH− ပိုမိုမြင့်မားခြင်းကို ခံနိုင်ရည်ရှိကြောင်း အတည်ပြုခဲ့သည် (နောက်ဆက်တွဲ ပုံ 25b၊ c နှင့် မှတ်စု 5)။
b. 0.5 M KOH တွင် C2 မတူညီသော cyclohexanone ပေါ်တွင် cyclohexanone ၏ AA နှင့် EF ထုတ်လုပ်မှု။ c. NiOOH နှင့် NiVOOH ပေါ်တွင် cyclohexanone ၏ adsorption စွမ်းအင်များ။ d. 1.80 VRHE တွင် 0.5 M KOH နှင့် 0.4 M cyclohexanone တွင် Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် AA ၏ FE ကို discontinuous နှင့် constant potential strategies များဖြင့် အသုံးပြုသည်။ Error bar များသည် တူညီသောနမူနာကို အသုံးပြု၍ သီးခြားတိုင်းတာမှုသုံးခု၏ standard deviation ကိုကိုယ်စားပြုပြီး 10% အတွင်းရှိသည်။ e. အပေါ်ဆုံး- Ni(OH)2-NS တွင် မျက်နှာပြင်ဧရိယာ C2 နည်းသော cyclohexanone သည် cyclohexanone မှ အားနည်းစွာစုပ်ယူခံရပြီး OER အတွက် ပြင်းထန်သောပြိုင်ဆိုင်မှုကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ အောက်ခြေ- NiV-LDH-NS တွင် cyclohexanone ၏ adsorption တိုးလာခြင်းနှင့်အတူ cyclohexanone C2 ၏ မျက်နှာပြင်ဧရိယာအာရုံစူးစိုက်မှုမြင့်မားခြင်းကို တွေ့ရှိရပြီး OER ကို နှိမ်နင်းပေးသည်။ a–d အတွက် ကုန်ကြမ်းဒေတာများကို ကုန်ကြမ်းဒေတာဖိုင်တွင် ပေးထားသည်။
NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် cyclohexanone ၏ ပိုမိုကောင်းမွန်သော adsorption ကို စမ်းသပ်ရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် electrochemical coupled quartz crystal microbalance (E-QCM) ကို အသုံးပြု၍ adsorbed species များ၏ mass change ကို အချိန်နှင့်တပြေးညီ စောင့်ကြည့်ခဲ့ပါသည်။ ရလဒ်များအရ NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ cyclohexanone ၏ ကနဦး adsorption စွမ်းရည်သည် OCP အခြေအနေတွင် Ni(OH)2-NS ပေါ်ရှိ cyclohexanone ထက် 1.6 ဆ ပိုမိုများပြားပြီး adsorption စွမ်းရည်တွင် ဤကွာခြားချက်သည် potential 1.5 VRHE အထိ မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ ပိုမိုမြင့်တက်လာသည်ကို ပြသခဲ့သည် (Supplementary Fig. 26)။ NiOOH နှင့် NiVOOH ပေါ်တွင် cyclohexanone ၏ adsorption အပြုအမူကို စုံစမ်းစစ်ဆေးရန် Spin-polarized DFT တွက်ချက်မှုများကို ပြုလုပ်ခဲ့သည် (ပုံ 4c)။ NiOOH ပေါ်ရှိ Cyclohexanone သည် adsorption စွမ်းအင် (Eads) -0.57 eV ဖြင့် စုပ်ယူပြီး၊ cyclohexanone သည် NiVOOH ပေါ်ရှိ Ni-center သို့မဟုတ် V-center တစ်ခုခုပေါ်တွင် စုပ်ယူနိုင်ပြီး၊ V-center သည် Eads (-0.69 eV) နည်းပါးစွာ ပေးစွမ်းနိုင်ပြီး၊ NiVOOH ပေါ်ရှိ cyclohexanone ၏ adsorption ပိုမိုအားကောင်းသည်ကို တွေ့ရှိရသည်။
cyclohexanone ၏ မြှင့်တင်ထားသော adsorption သည် AA ဖွဲ့စည်းမှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး OER ကို ဟန့်တားနိုင်ကြောင်း ထပ်မံအတည်ပြုရန်အတွက်၊ ယခင်အစီရင်ခံစာများမှ လှုံ့ဆော်မှုရယူခဲ့သော catalyst မျက်နှာပြင် (Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS အတွက်) တွင် cyclohexanone ကို ကြွယ်ဝစေရန် discontinuous potential strategy ကို အသုံးပြုခဲ့ပါသည်။ 51၊ 52 အထူးသဖြင့်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် 1.8 VRHE ၏ potential ကို COR သို့ အသုံးချပြီးနောက် OCP အခြေအနေသို့ ပြောင်းလဲပြီးနောက် 1.8 VRHE သို့ ပြန်ပြောင်းခဲ့သည်။ ဤကိစ္စတွင်၊ cyclohexanone သည် electrolyses များအကြား OCP အခြေအနေရှိ catalyst မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပုံနိုင်သည် (အသေးစိတ်လုပ်ထုံးလုပ်နည်းများအတွက် Methods အပိုင်းကိုကြည့်ပါ)။ ရလဒ်များအရ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS အတွက် discontinuous potential electrolysis ကိုအသုံးပြုခြင်းသည် constant potential electrolysis နှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက catalytic စွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေကြောင်းပြသခဲ့သည် (ပုံ 4d)။ ထူးခြားသည်မှာ Ni(OH)2-NS သည် NiV-LDH-NS ထက် COR (AA FE: ၅၁% မှ ၈၂%) တွင် ပိုမိုသိသာထင်ရှားသော တိုးတက်မှုနှင့် OER (O2 FE: ၂၇% မှ ၄%) ၏ နှိမ်နင်းမှုကို ပြသခဲ့ပြီး၊ ၎င်းသည် adsorption စွမ်းရည် အားနည်းသော (ဆိုလိုသည်မှာ Ni(OH)2-NS) catalyst ပေါ်တွင် cyclohexanone စုဆောင်းမှုကို ရံဖန်ရံခါ အလားအလာရှိသော electrolysis ဖြင့် ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်စေနိုင်သောကြောင့် ဖြစ်သည်။
အလုံးစုံသော် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် OER ကို ဟန့်တားခြင်းသည် cyclohexanone စုပ်ယူမှု တိုးလာခြင်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည် (ပုံ ၄e)။ Ni(OH)2-NS ပေါ်တွင် (ပုံ ၄e၊ အပေါ်)၊ cyclohexanone စုပ်ယူမှု အားနည်းခြင်းကြောင့် cyclohexanone ဖုံးအုပ်မှု နည်းပါးပြီး catalyst မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် OH* ဖုံးအုပ်မှု မြင့်မားသည်။ ထို့ကြောင့် OH* မျိုးစိတ်များ ပိုလျှံခြင်းသည် OER အတွက် ပြင်းထန်သော ယှဉ်ပြိုင်မှုကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး AA ၏ FE ကို လျော့ကျစေမည်ဖြစ်သည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် (ပုံ ၄e၊ အောက်ခြေ)၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် cyclohexanone ၏ စုပ်ယူနိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ပေးသောကြောင့် cyclohexanone ၏ မျက်နှာပြင် C ကို တိုးမြှင့်ပေးပြီး စုပ်ယူထားသော OH* မျိုးစိတ်များကို COR အတွက် ထိရောက်စွာ အသုံးချကာ AA ဖွဲ့စည်းမှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး OER ကို ဟန့်တားပေးသည်။
Ni မျိုးစိတ်များ ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းနှင့် cyclohexanone စုပ်ယူမှုအပေါ် V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်း၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို စုံစမ်းစစ်ဆေးခြင်းအပြင်၊ V သည် COR မှ AA ဖွဲ့စည်းမှုလမ်းကြောင်းကို ပြောင်းလဲစေသည်ဖြစ်စေ ကျွန်ုပ်တို့ စုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့ပါသည်။ စာပေများတွင် COR လမ်းကြောင်းအမျိုးမျိုးကို အဆိုပြုထားပြီး၊ ကျွန်ုပ်တို့၏ တုံ့ပြန်မှုစနစ်တွင် ၎င်းတို့၏ဖြစ်နိုင်ခြေများကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့ပါသည် (အသေးစိတ်အတွက် နောက်ဆက်တွဲပုံ ၂၇ နှင့် နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု ၆ ကိုကြည့်ပါ)၁၃၊၁၄၊၂၆။ ပထမဦးစွာ၊ COR လမ်းကြောင်း၏ ပထမအဆင့်တွင် အဓိက အလယ်အလတ် 2-hydroxycyclohexanone (2)၁၃,၁၄ ကို ဖွဲ့စည်းရန် cyclohexanone ၏ ကနဦးဓာတ်တိုးခြင်း ပါဝင်နိုင်ကြောင်း အစီရင်ခံထားပါသည်။ လုပ်ငန်းစဉ်ကို အတည်ပြုရန်အတွက်၊ catalyst မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူထားသော တက်ကြွသော အလယ်အလတ်ပစ္စည်းများကို ဖမ်းယူရန် 5,5-dimethyl-1-pyrrolidine N-oxide (DMPO) ကို အသုံးပြုခဲ့ပြီး EPR ကို လေ့လာခဲ့ပါသည်။ EPR ရလဒ်များအရ COR လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှစ်ခုလုံးတွင် C-centered radicals (R) နှင့် hydroxyl radicals (OH) ရှိနေခြင်းကို ဖော်ထုတ်ခဲ့ပြီး၊ cyclohexanone ၏ Cα − H dehydrogenation သည် intermediate enolate radical (1) ကို ဖွဲ့စည်းပေးပြီး၊ ၎င်းကို OH* ဖြင့် အောက်ဆီဒိုက်ဖြစ်အောင် ထပ်မံပြုလုပ်ကာ 2 ဖွဲ့စည်းကြောင်း ညွှန်ပြသည် (ပုံ 5a နှင့် နောက်ဆက်တွဲပုံ 28)။ ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှစ်ခုလုံးတွင် တူညီသော intermediates များကို ဖော်ထုတ်နိုင်သော်လည်း၊ NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ R signal ၏ area fraction သည် Ni(OH)2-NS ထက် နှိုင်းယှဉ်အားဖြင့် မြင့်မားပြီး ၎င်းသည် cyclohexanone ၏ adsorption စွမ်းရည် မြင့်တက်လာခြင်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည် (နောက်ဆက်တွဲဇယား 3 နှင့် မှတ်စု 7)။ V သည် နောက်ဆက်တွဲ အောက်ဆီဒိုက်အဆင့်ကို ပြုပြင်မည်လားဆိုသည်ကို စမ်းသပ်ရန် electrolysis အတွက် 2 နှင့် 1,2-cyclohexanedione (3) ကို စတင် ဓာတ်ပြုပစ္စည်းများအဖြစ် ထပ်မံအသုံးပြုခဲ့သည်။ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ အလားအလာရှိသော အလယ်အလတ်ပစ္စည်းများ (2 နှင့် 3) ၏ လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲခြင်းရလဒ်များသည် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သော ထုတ်ကုန်ရွေးချယ်မှုများကို ပြသခဲ့ပြီး Ni(OH)2-NS သို့မဟုတ် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ COR ဓာတ်ပြုမှုသည် အလားတူလမ်းကြောင်းများမှတစ်ဆင့် ඉදිරියටသွားကြောင်း ညွှန်ပြသည် (ပုံ 5b)။ ထို့အပြင်၊ 2 ကို ဓာတ်ပြုပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုသည့်အခါတွင်သာ AA သည် အဓိကထုတ်ကုန်ဖြစ်ပြီး၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှစ်ခုလုံးတွင် 3 သို့ ဓာတ်တိုးခြင်းအစား 2 ၏ Cα − Cβ ချည်နှောင်မှုကို ဖြတ်တောက်ခြင်းမှတစ်ဆင့် AA ကို တိုက်ရိုက်ဓာတ်တိုးခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်မှတစ်ဆင့် ရရှိကြောင်း အကြံပြုသည်၊ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် 3 ကို စတင်ဓာတ်ပြုပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုသည့်အခါ GA သို့ အဓိကပြောင်းလဲခဲ့သောကြောင့်ဖြစ်သည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 29၊ 30)။
0.5 M KOH + 0.4 M cyclohexanone တွင် NiV-LDH-NS ၏ EPR အချက်ပြမှု။ b 2-hydroxycyclohexanone (2) နှင့် 1,2-cyclohexanedione (3) ၏ electrocatalytic analysis ရလဒ်များ။ 0.5 M KOH နှင့် 0.1 M 2 သို့မဟုတ် 3 တို့တွင် 1.8 VRE တွင် တစ်နာရီကြာ Electrolysis ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ Error bar များသည် catalyst တစ်ခုတည်းကို အသုံးပြု၍ သီးခြားတိုင်းတာမှုနှစ်ခု၏ standard deviation ကို ကိုယ်စားပြုသည်။ c catalyst နှစ်ခုပေါ်တွင် COR ၏ အဆိုပြုထားသော reaction pathways များ။ d Ni(OH)2-NS (ဘယ်ဘက်) နှင့် d NiV-LDH-NS (ညာဘက်) ပေါ်တွင် COR pathway ၏ ပုံကြမ်းသရုပ်ဖော်ပုံ။ အနီရောင်မြားများသည် COR လုပ်ငန်းစဉ်တွင် V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုက မြှင့်တင်ပေးသော အဆင့်များကို ညွှန်ပြသည်။ a နှင့် b အတွက် raw data ကို raw data file တွင် ပေးထားသည်။
အလုံးစုံသော်၊ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS တို့သည် COR ကို အလားတူလမ်းကြောင်းမှတစ်ဆင့် ဓာတ်ကူပေးကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ပြသခဲ့သည်- cyclohexanone ကို ဓာတ်ကူပစ္စည်းမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူပြီး dehydrogenated လုပ်ကာ အီလက်ထရွန်များကို 1 အဖြစ် ဆုံးရှုံးပြီးနောက် OH* ဖြင့် 2 အဖြစ် အောက်ဆီဒိုက်ဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ကာ AA ထုတ်လုပ်ရန် multistep transformations များ ပြုလုပ်ခဲ့သည် (ပုံ 5c)။ သို့သော် cyclohexanone ကို ဓာတ်ပြုပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုသောအခါ၊ OER ယှဉ်ပြိုင်မှုကို Ni(OH)2-NS တွင်သာ တွေ့ရှိရပြီး 2 နှင့် 3 ကို ဓာတ်ပြုပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုသောအခါ အောက်ဆီဂျင်ပမာဏ အနိမ့်ဆုံးကို စုဆောင်းရရှိခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်တွင် တွေ့ရှိရသည့် ကွာခြားချက်များသည် ဓာတ်ပြုမှုလမ်းကြောင်းတွင် ပြောင်းလဲမှုထက် V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော RDS စွမ်းအင်အတားအဆီးနှင့် cyclohexanone adsorption စွမ်းရည်တွင် ပြောင်းလဲမှုများကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် ကျွန်ုပ်တို့သည် ဓာတ်ကူပစ္စည်းနှစ်ခုလုံးတွင် ဓာတ်ပြုမှုလမ်းကြောင်းများ၏ RDS ကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့သည်။ အထက်ဖော်ပြပါ in situ X-ray acoustic spectroscopy ရလဒ်များအရ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် COR ဓာတ်ပြုမှုတွင် RDS ကို reconstruction stage မှ chemical stage သို့ ပြောင်းလဲစေပြီး NiOOH phase နှင့် high-valent Ni species များကို NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် မပြောင်းလဲစေကြောင်း ညွှန်ပြသည် (ပုံ 3f၊ နောက်ဆက်တွဲပုံ 24 နှင့် Note 4)။ CV တိုင်းတာမှုအတွင်း မတူညီသော potential regions များ၏ အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုစီတွင် current density ဖြင့် ကိုယ်စားပြုသော ဓာတ်ပြုမှုလုပ်ငန်းစဉ်များကို ကျွန်ုပ်တို့ ထပ်မံခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခဲ့သည် (အသေးစိတ်အတွက် နောက်ဆက်တွဲပုံ 31 နှင့် Note 8 ကိုကြည့်ပါ) နှင့် H/D kinetic isotope exchange စမ်းသပ်မှုများကို လုပ်ဆောင်ခဲ့ပြီး NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ COR ၏ RDS တွင် reduction stage ထက် chemical stage တွင် Cα − H bond ကို cleavage လုပ်ခြင်း ပါဝင်ကြောင်း စုပေါင်းပြသခဲ့သည် (အသေးစိတ်အတွက် နောက်ဆက်တွဲပုံ 32 နှင့် Note 8 ကိုကြည့်ပါ)။
အထက်ဖော်ပြပါ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုအပေါ်အခြေခံ၍ V ပြုပြင်မွမ်းမံခြင်း၏ အလုံးစုံအကျိုးသက်ရောက်မှုကို ပုံ ၅ဃ တွင် ပြသထားသည်။ Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ဓာတ်ကူပစ္စည်းများသည် မြင့်မားသော အန်နိုဒစ် အလားအလာများတွင် မျက်နှာပြင်ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းကို လုပ်ဆောင်ပြီး အလားတူလမ်းကြောင်းမှတစ်ဆင့် COR ကို ဓာတ်ကူပေးသည်။ Ni(OH)2-NS တွင် (ပုံ ၅ဃ၊ ဘယ်ဘက်)၊ ပြန်လည်တည်ဆောက်မှုအဆင့်သည် COR လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း RDS ဖြစ်သည်။ NiV-LDH-NS တွင် (ပုံ ၅ဃ၊ ညာဘက်)၊ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် ပြန်လည်တည်ဆောက်မှုလုပ်ငန်းစဉ်ကို သိသိသာသာ အရှိန်မြှင့်ပေးပြီး RDS ကို cyclohexanone ၏ Cα−H dehydrogenation အဖြစ်သို့ 1 ဖွဲ့စည်းရန် ပြောင်းလဲပေးသည်။ ထို့အပြင်၊ cyclohexanone adsorption သည် V နေရာ၌ ဖြစ်ပေါ်လာပြီး NiV-LDH-NS တွင် မြှင့်တင်ပေးခဲ့ပြီး OER ကို နှိမ်နင်းရာတွင် အထောက်အကူပြုခဲ့သည်။
ကျယ်ပြန့်သော potential range တွင် FE မြင့်မားသော NiV-LDH-NS ၏ အလွန်ကောင်းမွန်သော electrocatalytic performance ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းဖြင့်၊ AA စဉ်ဆက်မပြတ်ထုတ်လုပ်နိုင်ရန် MEA ကို ကျွန်ုပ်တို့ ဒီဇိုင်းထုတ်ခဲ့ပါသည်။ MEA ကို NiV-LDH-NS ကို anode အဖြစ်၊ cathode အဖြစ် commercial PtRu/C ကို အသုံးပြု၍ တည်ဆောက်ခဲ့ပြီး anion exchange membrane (type: FAA-3-50) (ပုံ ၆က နှင့် Supplementary Fig. 33)54 ကို အသုံးပြု၍ တည်ဆောက်ခဲ့ပါသည်။ အထက်ပါလေ့လာမှုတွင် cell voltage လျော့ကျပြီး AA ၏ FE သည် 0.5 M KOH နှင့် နှိုင်းယှဉ်နိုင်သောကြောင့်၊ anolyte concentration ကို 1 M KOH သို့ အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခဲ့သည် (Supplementary Fig. 25c)။ မှတ်တမ်းတင်ထားသော LSV curves များကို Supplementary Fig. 34 တွင် ပြသထားပြီး၊ NiV-LDH-NS ၏ COR efficiency သည် Ni(OH)2-NS ထက် သိသိသာသာမြင့်မားကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ NiV-LDH-NS ၏ သာလွန်မှုကို ပြသရန်အတွက် constant current electrolysis ကို 50 မှ 500 mA cm−2 အထိ step current density ဖြင့် ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး သက်ဆိုင်ရာ cell voltage ကို မှတ်တမ်းတင်ခဲ့ပါသည်။ ရလဒ်များအရ NiV-LDH-NS သည် 300 mA cm−2 လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတွင် 1.76 V ဆဲလ်ဗို့အားကို ပြသခဲ့ပြီး Ni(OH)2-NS (2.09 V) ထက် 16% ခန့် လျော့နည်းပြီး AA ထုတ်လုပ်မှုတွင် ၎င်း၏ စွမ်းအင်ထိရောက်မှု ပိုမိုမြင့်မားကြောင်း ညွှန်ပြနေသည် (ပုံ 6b)။
flow battery ၏ ပုံကြမ်းပုံ။ b Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် iR လျော်ကြေးမပေးသော ဆဲလ်ဗို့အား၊ 1 M KOH နှင့် 0.4 M cyclohexanone တို့တွင် ကွဲပြားသော current densities များတွင်။ c Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် AA နှင့် FE တို့သည် ကွဲပြားသော current densities များတွင် ရရှိသည်။ Error bar များသည် catalyst တစ်ခုတည်းကို အသုံးပြု၍ သီးခြားတိုင်းတာမှုနှစ်ခု၏ standard deviation ကို ကိုယ်စားပြုသည်။ d ကျွန်ုပ်တို့၏လုပ်ငန်း၏ catalytic performance ကို အခြားအစီရင်ခံထားသော flow battery systems14,17,19 နှင့် နှိုင်းယှဉ်ခြင်း။ reaction parameters များနှင့် reaction ဝိသေသလက္ခဏာများကို Supplementary Table 2 တွင် အသေးစိတ်ဖော်ပြထားသည်။ e ရေရှည်စမ်းသပ်မှုတွင် 200 နှင့် 300 mA cm−2 တွင် NiV-LDH-NS ပေါ်တွင် AA ၏ ဆဲလ်ဗို့အားနှင့် FE အသီးသီး။ be အတွက် raw data ကို raw data file အဖြစ် ပံ့ပိုးပေးထားသည်။
တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ပုံ ၆c တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း NiV-LDH-NS သည် မြင့်မားသောလျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ (200 မှ 500 mA cm-2) တွင် အခြေခံအားဖြင့် FE ကောင်းမွန်သော (83% မှ 61%) ကို ထိန်းသိမ်းထားနိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် AA ထုတ်လုပ်မှု (1031 မှ 1900 μmol cm-2 h-1) ကို တိုးတက်စေပါသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ electrolysis ပြုလုပ်ပြီးနောက် cathode compartment တွင် adipic acid anions 0.8% ကိုသာ တွေ့ရှိခဲ့ရပြီး၊ ကျွန်ုပ်တို့၏ကိစ္စတွင် cyclohexanone အကူးအပြောင်းသည် အရေးမကြီးကြောင်း ညွှန်ပြသည် (Supplementary Fig. 35)။ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့်၊ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ၏ တိုးလာမှုနှုန်းတူညီစွာဖြင့် Ni(OH)2-NS ပေါ်ရှိ AA ၏ FE သည် 61% မှ 34% အထိ လျော့ကျသွားခဲ့ပြီး AA ထုတ်လုပ်မှု (762 မှ 1050 μmol cm-2 h-1) ကို တိုးတက်စေရန် ခက်ခဲစေခဲ့သည်။ အထူးသဖြင့် OER မှ ပြင်းထန်သော ယှဉ်ပြိုင်မှုကြောင့် AA ၏ စွမ်းဆောင်ရည်သည် အနည်းငယ်ပင် ကျဆင်းသွားပြီး AA ၏ FE သည် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ (200 မှ 250 mA cm−2 အထိ၊ နောက်ဆက်တွဲပုံ 5) တိုးလာသည်နှင့်အမျှ သိသိသာသာ ကျဆင်းသွားသည်။ ကျွန်ုပ်တို့ သိရှိသလောက် NiV-LDH-NS ဓာတ်ကူပစ္စည်းများဖြင့် MEA ကိုအသုံးပြုသည့် ဓာတ်ကူရလဒ်များသည် ယခင်က Ni-based ဓာတ်ကူပစ္စည်းများပါသည့် flow reactor များ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ထက် သိသိသာသာ သာလွန်ပါသည် (နောက်ဆက်တွဲဇယား 2)။ ထို့အပြင် ပုံ 6d တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း NiV-LDH-NS သည် အကောင်းဆုံးစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော Co-based ဓာတ်ကူပစ္စည်း၊ ဆိုလိုသည်မှာ graphene-supported Co3O4 (Co3O4/GDY)17 နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက AA ၏ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ၊ ဆဲလ်ဗို့အားနှင့် FE တို့တွင် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များကို ပြသခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် AA ထုတ်လုပ်မှု၏ စွမ်းအင်သုံးစွဲမှုကို အကဲဖြတ်ခဲ့ပြီး AA သုံးစွဲမှုသည် အလွန်နည်းပါးပြီး 300 mA cm-2 လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနှင့် 1.76 V ဆဲလ်ဗို့အားတွင် 2.4 W h gAA-1 သာရှိကြောင်း ပြသခဲ့သည် (အသေးစိတ်တွက်ချက်မှုများကို နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု 1 တွင် ပေးထားသည်)။ ယခင်က ဖော်ပြခဲ့သည့် Co3O4/GDY အတွက် 4.1 W h gAA-1 ၏ အကောင်းဆုံးရလဒ်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ကျွန်ုပ်တို့၏လုပ်ငန်းတွင် AA ထုတ်လုပ်မှုအတွက် စွမ်းအင်သုံးစွဲမှုသည် 42% လျော့ကျသွားပြီး ထုတ်လုပ်နိုင်စွမ်းမှာ 4 ဆ တိုးလာသည် (1536 vs. 319 μmol cm-2 h-1)17။
MEA တွင် ရေရှည် AA ထုတ်လုပ်မှုအတွက် NiV-LDH-NS ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏ တည်ငြိမ်မှုကို လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ 200 နှင့် 300 mA cm-2 အသီးသီးတွင် အကဲဖြတ်ခဲ့သည် (ပုံ 6e)။ OH− ကို လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ မြင့်မားသောအခါတွင် ပိုမိုမြန်ဆန်စွာ သုံးစွဲသောကြောင့် 300 mA cm-2 ရှိ electrolyte အသစ်ပြန်လည်ဖြစ်ပေါ်မှုနှုန်းသည် 200 mA cm-2 ထက် ပိုမိုမြင့်မားသည် (အသေးစိတ်အတွက် “လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒ တိုင်းတာမှုများ” အပိုင်းခွဲကို ကြည့်ပါ)။ 200 mA cm-2 လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတွင် ပျမ်းမျှ COR စွမ်းဆောင်ရည်သည် ပထမ 6 နာရီတွင် 93% ရှိပြီး 60 နာရီအကြာတွင် 81% အထိ အနည်းငယ် လျော့ကျသွားပြီး ဆဲလ်ဗို့အားမှာ 7% အနည်းငယ် မြင့်တက်လာသည် (1.62 V မှ 1.73 V အထိ)၊ ကောင်းမွန်သော တည်ငြိမ်မှုကို ညွှန်ပြနေသည်။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ 300 mA cm−2 အထိ မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ AA စွမ်းဆောင်ရည်သည် မပြောင်းလဲသလောက်ဖြစ်နေသည် (85% မှ 72%)၊ သို့သော် 46-နာရီစမ်းသပ်မှုအတွင်း ဆဲလ်ဗို့အားသည် သိသိသာသာတိုးလာသည် (1.71 မှ 2.09 V အထိ၊ 22%) (ပုံ 6e)။ စွမ်းဆောင်ရည်ကျဆင်းရခြင်း၏ အဓိကအကြောင်းရင်းမှာ cyclohexanone ကြောင့် anion exchange membrane (AEM) ၏ ချေးခြင်းကြောင့်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် electrolyzer cell ၏ cell resistance နှင့် voltage ကို မြင့်တက်စေသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ 36)၊ anode မှ cathode သို့ electrolyte အနည်းငယ်ယိုစိမ့်မှုကြောင့် anolyte ပမာဏကို လျော့ကျစေပြီး electrolysis ကို ရပ်တန့်ရန် လိုအပ်ကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ယူဆပါသည်။ ထို့အပြင်၊ AA ၏ FE လျော့ကျခြင်းသည် catalyst များ leaching ကြောင့်လည်း ဖြစ်နိုင်ပြီး OER အတွက် Ni foam ပွင့်လာစေရန် အထောက်အကူပြုသည်။ 300 mA cm−2 တွင် တည်ငြိမ်မှုယိုယွင်းပျက်စီးမှုအပေါ် သံချေးတက်နေသော AEM ၏ သက်ရောက်မှုကို သရုပ်ပြရန်အတွက်၊ လျှပ်စစ်ဓာတ်ဖြင့် ၄၆ နာရီကြာ ချေဖျက်ပြီးနောက် AEM အသစ်ဖြင့် အစားထိုးခဲ့ပါသည်။ မျှော်လင့်ထားသည့်အတိုင်း၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို ရှင်းရှင်းလင်းလင်း ပြန်လည်ရရှိခဲ့ပြီး ဆဲလ်ဗို့အားသည် မူလတန်ဖိုး (2.09 မှ 1.71 V မှ) သို့ သိသိသာသာ ကျဆင်းသွားပြီးနောက် နောက်ထပ် လျှပ်စစ်ဓာတ်ဖြင့် ၁၂ နာရီကြာ ချေဖျက်ခြင်း (1.71 မှ 1.79 V မှ၊ ၅% တိုးလာခြင်း၊ ပုံ ၆e) တွင် အနည်းငယ် မြင့်တက်လာခဲ့ပါသည်။
အလုံးစုံပြောရလျှင် 200 mA cm−2 လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတွင် 60 နာရီကြာ AA ထုတ်လုပ်မှုတည်ငြိမ်မှုကို ရရှိနိုင်ခဲ့ပြီး AA ၏ FE နှင့် ဆဲလ်ဗို့အားကို ကောင်းစွာထိန်းသိမ်းထားကြောင်း ညွှန်ပြနေပါသည်။ ကျွန်ုပ်တို့သည် 300 mA cm−2 ၏ မြင့်မားသော လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆကိုလည်း စမ်းသပ်ခဲ့ပြီး 58 နာရီကြာ ಒಟ್ಟಾರೆတည်ငြိမ်မှုကို ရရှိခဲ့ကာ 46 နာရီအကြာတွင် AEM ကို အသစ်တစ်ခုဖြင့် အစားထိုးခဲ့သည်။ အထက်ပါလေ့လာမှုများသည် ဓာတ်ကူပစ္စည်း၏ တည်ငြိမ်မှုကို သရုပ်ပြပြီး စက်မှုလုပ်ငန်းစံပြ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆများတွင် AA စဉ်ဆက်မပြတ်ထုတ်လုပ်မှုအတွက် MEA ၏ ရေရှည်တည်ငြိမ်မှုကို မြှင့်တင်ရန်အတွက် ပိုမိုမြင့်မားသောပါဝါ AEM များ၏ အနာဂတ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှု လိုအပ်ကြောင်း ရှင်းရှင်းလင်းလင်း ညွှန်ပြနေပါသည်။
ကျွန်ုပ်တို့၏ MEA ၏ စွမ်းဆောင်ရည်အပေါ် အခြေခံ၍၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် substrate feeding၊ electrolysis၊ neutralization နှင့် separation units များ အပါအဝင် AA ထုတ်လုပ်မှု လုပ်ငန်းစဉ်အပြည့်အစုံကို အဆိုပြုခဲ့ပါသည် (နောက်ဆက်တွဲပုံ ၃၇)။ alkaline electrolyte electrocatalytic carboxylate ထုတ်လုပ်မှုပုံစံ ၅၅ ကို အသုံးပြု၍ စနစ်၏ စီးပွားရေးဖြစ်နိုင်ခြေကို အကဲဖြတ်ရန် ကနဦးစွမ်းဆောင်ရည် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုကို ပြုလုပ်ခဲ့ပါသည်။ ဤကိစ္စတွင်၊ ကုန်ကျစရိတ်များတွင် အရင်းအနှီး၊ လုပ်ငန်းလည်ပတ်မှုနှင့် ပစ္စည်းများ ပါဝင်သည် (ပုံ ၇က နှင့် နောက်ဆက်တွဲပုံ ၃၈)၊ ဝင်ငွေများသည် AA နှင့် H2 ထုတ်လုပ်မှုမှ ရရှိသည်။ TEA ရလဒ်များအရ ကျွန်ုပ်တို့၏ လည်ပတ်မှုအခြေအနေများ (လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ 300 mA cm-2၊ ဆဲလ်ဗို့အား 1.76 V၊ FE 82%) အောက်တွင်၊ စုစုပေါင်းကုန်ကျစရိတ်နှင့် ဝင်ငွေများသည် အသီးသီး US$၂၄၂၉ နှင့် US$၂၅၆၄ ဖြစ်ပြီး ထုတ်လုပ်သော AA တစ်တန်လျှင် အသားတင်အမြတ် US$၁၃၅ ရရှိကြောင်း ဖော်ပြထားပါသည် (အသေးစိတ်အတွက် နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု ၉ ကိုကြည့်ပါ)။
a။ FE ၈၂%၊ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ 300 mA cm−2 နှင့် ဆဲလ်ဗို့အား 1.76 V ရှိသော အခြေခံအခြေအနေအောက်တွင် AA လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒလုပ်ငန်းစဉ်၏ စုစုပေါင်းကုန်ကျစရိတ်။ b FE နှင့် c လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆအတွက် ကုန်ကျစရိတ်သုံးခု၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်း ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှု။ အာရုံခံနိုင်စွမ်း ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုတွင်၊ လေ့လာထားသော parameter များကိုသာ ပြောင်းလဲခဲ့ပြီး အခြား parameter များကို TEA မော်ဒယ်အပေါ် အခြေခံ၍ ကိန်းသေထားခဲ့သည်။ d။ ဆဲလ်ဗို့အားကို 1.76 V တွင် ကိန်းသေထားရှိသည်ဟု ယူဆပါက၊ AA လျှပ်စစ်ဓာတ်ပေါင်းစပ်မှု၏ အမြတ်အစွန်းနှင့် Ni(OH)2-NS နှင့် NiV-LDH-NS ကို အသုံးပြု၍ အမြတ်အစွန်းအပေါ် ကွဲပြားသော FE နှင့် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုများ။ a–d အတွက် input data ကို raw data file တွင် ဖော်ပြထားသည်။
ဤအခြေခံမူအပေါ်အခြေခံ၍ FE နှင့် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆသည် AA အီလက်ထရိုဆင်းတစ်၏ အကျိုးအမြတ်အပေါ် သက်ရောက်မှုကို ကျွန်ုပ်တို့ ထပ်မံစုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့ပါသည်။ FE လျော့ကျခြင်းသည် လည်ပတ်မှုကုန်ကျစရိတ်ကို သိသိသာသာ မြင့်တက်စေပြီး စုစုပေါင်းကုန်ကျစရိတ်ကို သိသိသာသာ မြင့်တက်စေသောကြောင့် AA ၏ FE အပေါ် အကျိုးအမြတ်သည် အလွန်ထိခိုက်လွယ်ကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ တွေ့ရှိခဲ့ပါသည် (ပုံ ၇ခ)။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနှင့်ပတ်သက်၍ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆမြင့်မားခြင်း (>200 mA cm-2) သည် အဓိကအားဖြင့် အီလက်ထရိုလိုက်ဆဲလ်ဧရိယာကို လျှော့ချခြင်းဖြင့် အရင်းအနှီးကုန်ကျစရိတ်နှင့် စက်ရုံတည်ဆောက်မှုကုန်ကျစရိတ်ကို လျှော့ချရန် ကူညီပေးပြီး အမြတ်အစွန်းတိုးလာစေပါသည် (ပုံ ၇ဂ)။ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက FE သည် အမြတ်အစွန်းအပေါ် ပိုမိုသိသာထင်ရှားသော သက်ရောက်မှုရှိသည်။ FE နှင့် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ၏ အမြတ်အစွန်းအပေါ် သက်ရောက်မှုကို ဖော်ပြခြင်းဖြင့် အမြတ်အစွန်းရရှိစေရန် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆများ (>200 mA cm-2) တွင် FE မြင့်မားခြင်း (>60%) ရရှိရန် အရေးကြီးကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ ရှင်းရှင်းလင်းလင်း မြင်တွေ့နိုင်ပါသည်။ AA ၏ FE တန်ဖိုးမြင့်မားမှုကြောင့်၊ NiV-LDH-NS ကို ဓာတ်ကူပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုသည့် ဓာတ်ပြုမှုစနစ်သည် 100–500 mA cm−2 (pentagram dots; Figure 7d) အတိုင်းအတာအတွင်း အကျိုးဖြစ်ထွန်းနေဆဲဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ Ni(OH)2-NS အတွက်၊ မြင့်မားသော လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆ (>200 mA cm−2) တွင် FE ကို လျော့ကျစေခြင်းသည် ရလဒ်များကို မကောင်းစေခဲ့ပါ (စက်ဝိုင်းများ၊ Figure 7d)၊ မြင့်မားသော လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတွင် FE မြင့်မားသော ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၏ အရေးပါမှုကို မီးမောင်းထိုးပြနေသည်။
အရင်းအနှီးနှင့် လည်ပတ်မှုကုန်ကျစရိတ်များ လျှော့ချရာတွင် ဓာတ်ကူပစ္စည်းများ၏ အရေးပါမှုအပြင်၊ ကျွန်ုပ်တို့၏ TEA အကဲဖြတ်ချက်က အကျိုးအမြတ်ကို နည်းလမ်းနှစ်ခုဖြင့် ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်စေနိုင်ကြောင်း အကြံပြုထားသည်။ ပထမတစ်ခုမှာ ပိုတက်စီယမ်ဆာလဖိတ် (K2SO4) ကို ကြားနေယူနစ်၏ ဘေးထွက်ပစ္စည်းအဖြစ် ဈေးကွက်တွင် ပူးတွဲရောင်းချရန်ဖြစ်သော်လည်း US$828/t AA-1 (နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု ၉) ဝင်ငွေရှိရန်ဖြစ်သည်။ ဒုတိယမှာ ပစ္စည်းပြန်လည်အသုံးပြုခြင်း သို့မဟုတ် ပိုမိုကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော AA ခွဲထုတ်နည်းပညာများ (ကြားနေနှင့် ခွဲထုတ်ယူနစ်များအတွက် အခြားရွေးချယ်စရာများ) ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုအပါအဝင် လုပ်ငန်းစဉ်နည်းပညာကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်လုပ်ဆောင်ရန်ဖြစ်သည်။ လက်ရှိအသုံးပြုနေသော အက်ဆစ်-ဘေ့စ် ကြားနေလုပ်ငန်းစဉ်သည် ပစ္စည်းကုန်ကျစရိတ်မြင့်မားစေနိုင်သည် (၎င်းသည် 85.3% တွင် အများဆုံးဝေစုရှိပြီး ၎င်းအနက် 94% မှာ cyclohexanone နှင့် KOH ($2069/t AA-1; ပုံ 7a) ကြောင့်ဖြစ်သော်လည်း အထက်တွင်ဖော်ပြခဲ့သည့်အတိုင်း လုပ်ငန်းစဉ်သည် အလုံးစုံအကျိုးအမြတ်ရှိနေဆဲဖြစ်သည်။ KOH14 ကို အပြည့်အဝပြန်လည်ရယူရန်အတွက် electrodialysis ကဲ့သို့သော KOH နှင့် ဓာတ်ပြုမှုမရှိသော cyclohexanone ကို ပြန်လည်ရယူရန်အတွက် ပိုမိုအဆင့်မြင့်သောနည်းလမ်းများဖြင့် ပစ္စည်းကုန်ကျစရိတ်များကို ထပ်မံလျှော့ချနိုင်သည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ အကြံပြုပါသည် (electrodialysis မှတစ်ဆင့် ခန့်မှန်းကုန်ကျစရိတ် US$1073/t AA-1၊ နောက်ဆက်တွဲမှတ်စု ၉)။
အနှစ်ချုပ်အားဖြင့်၊ Ni(OH)2 nanosheets များထဲသို့ V ကိုထည့်သွင်းခြင်းဖြင့် မြင့်မားသောလျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတွင် အလူမီနီယမ်အက်တမ်လျှပ်စစ်ဓာတ်ခွဲခြင်း၏ မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ကို ကျွန်ုပ်တို့ရရှိခဲ့သည်။ 1.5–1.9 VRHE ကျယ်ပြန့်သောအလားအလာအပိုင်းအခြားနှင့် 170 mA cm−2 မြင့်မားသောလျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆအောက်တွင် NiV-LDH-NS ပေါ်ရှိ AA FE သည် 83–88% သို့ရောက်ရှိခဲ့ပြီး OER ကို 3% အထိထိရောက်စွာနှိမ်နင်းခဲ့သည်။ V ပြုပြင်မွမ်းမံမှုသည် Ni2+ ကို Ni3+x သို့လျှော့ချခြင်းကို မြှင့်တင်ပေးပြီး cyclohexanone ၏ adsorption ကို မြှင့်တင်ပေးသည်။ စမ်းသပ်မှုနှင့်သီအိုရီဆိုင်ရာအချက်အလက်များအရ လှုံ့ဆော်ထားသောပြန်လည်တည်ဆောက်မှုသည် cyclohexanone အောက်ဆီဒေးရှင်းအတွက် လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆကို တိုးစေပြီး Cα − H scission ပါဝင်သော dehydrogenation သို့ပြန်လည်တည်ဆောက်ခြင်းမှ Cα − H scission ပါဝင်သော dehydrogenation သို့ပြောင်းလဲပေးပြီး cyclohexanone ၏ adsorption တိုးမြှင့်ခြင်းသည် OER ကို ဖိနှိပ်ပေးသည်ဟု ညွှန်ပြသည်။ MEA ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် 300 mA cm−2 ၏စက်မှုလုပ်ငန်းလျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆတွင် AA ထုတ်လုပ်မှုကို စဉ်ဆက်မပြတ်ရရှိခဲ့ပြီး AA စွမ်းဆောင်ရည် 82% မှတ်တမ်းတင်ထားပြီး 1536 μmol cm−2 h−1 ၏ထုတ်လုပ်မှုကို ရရှိခဲ့သည်။ ၅၀ နာရီကြာ စမ်းသပ်မှုအရ NiV-LDH-NS သည် MEA တွင် AA FE မြင့်မားစွာ ထိန်းသိမ်းထားနိုင်သောကြောင့် ကောင်းမွန်သော တည်ငြိမ်မှုရှိကြောင်း ပြသခဲ့သည် (200 mA cm−2 တွင် ၆၀ နာရီအတွက် > 80%၊ 300 mA cm−2 တွင် ၅၈ နာရီအတွက် > 70%)။ စက်မှုလုပ်ငန်းစံပြ လျှပ်စီးကြောင်းသိပ်သည်းဆများတွင် ရေရှည်တည်ငြိမ်မှုရရှိရန် ပိုမိုအစွမ်းထက်သော AEM များ တီထွင်ရန် လိုအပ်ကြောင်း သတိပြုသင့်သည်။ ထို့အပြင်၊ TEA သည် AA ထုတ်လုပ်မှုအတွက် တုံ့ပြန်မှုဗျူဟာများ၏ စီးပွားရေးအားသာချက်များနှင့် ကုန်ကျစရိတ်များကို ပိုမိုလျှော့ချရန်အတွက် မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော ဓာတ်ကူပစ္စည်းများနှင့် အဆင့်မြင့်ခွဲထုတ်နည်းပညာများ၏ အရေးပါမှုကို မီးမောင်းထိုးပြထားသည်။