ارزیابی اثر همافزایی ترکیب الکتروکاتالیست سه فلزی با نیترید کربن گرافیکی متخلخل برای کاربردهای تبدیل و ذخیرهسازی انرژی

برای پیشرفت فناوری های پیل سوختی، ابرخازن ها و تجزیه آب، یافتن الکتروکاتالیست های مقرون بهصرفه و کارآمد از اهمیت باالیی برخوردار است. در این تحقیق، یک کامپوزیت سه منظوره با عملکرد باال به نام Cu@FeEu-N-C/ نیترید کربن گرافیکی متخلخل (pCN) معرفی شده است که برای تجزیه الکتروشیمیایی آب، واکنش کاهش اکسیژن و کاربرد در ابرخازن ها استفاده می شود. این الکتروکاتالیست کارایی بسیار خوبی نشان می دهد و برای واکنش تکامل هیدروژن و واکنش تکامل اکسیژن به ترتیب تنها به ۳۹۶ میلیولت و ۰۲۴ میلیولت اورپتانسیل نیاز دارد، در حالی که در چگالی جریان ۰۱ میلیآمپر بر سانتی متر مربع فعالیت میکند. پتانسیل های شروع برای معادل ۲۱.۰- ولت و برای برابر ۴۵.۱ ولت نسبت به الکترود هیدروژن قابل برگشت است. عالوه بر این، در واکنش کاهش اکسیژن، این الکتروکاتالیست مسیر چهار الکترونی را طی میکند و عدد انتقال الکترون برابر با ۳۲.۳ بهدست می آید. اضافه کردن نیترید کربن گرافیکی متخلخل موجب بهبود عملکرد کلی کاتالیزوری می شود، زیرا اثرات همافزایی آن شامل بهبود هدایت الکتریکی، پخش بهتر سایت های فعال و تسهیل انتقال الکترون است. ساختار فلز-نیتروژن-کربن در این کامپوزیت نقش اساسی در افزایش فعالیت کاتالیزوری ایفا کرده و با ایجاد سایت های فعال بیشتر و پایدارسازی کاتالیست در شرایط عملیاتی، به بهبود عملکرد کمک میکند. این ترکیب اثرات مثبتی بر سرعت واکنشها، کاهش پتانسیل های شروع و افزایش دوام کاتالیست دارد. همچنین، بهعنوان الکترود ابرخازن، این کامپوزیت ظرفیت ویژه ۶۲۲ فاراد بر گرم در چگالی جریان ۱ آمپر بر گرم را به دست آورده که توانایی چندمنظوره آن را برای ذخیره سازی و تبدیل انرژی نشان می دهد. در نتیجه، Cu@FeEu-N-C/pCN بهعنوان یک راهکار موثر و اقتصادی برای سیستم های انرژی یکپارچه عمل می کند و تواناییهای سه منظوره خود را برای واکنشهای تکامل هیدروژن، تکامل اکسیژن و کاهش اکسیژن در کنار عملکرد عالی در ابرخازن ها ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

الکتروکاتالیست سه فلزی ، گرافن نیترید کربن ، همافزایی ، واکنش کاهش اکسیژن ، واکنش تکامل اکسیژن