Tarima kasih lebba nu kunjungi nature.com. Versi browser nupakea nia dukungang CSS terbatas. Untuk pengalaman yang lebih baik, kami sarankan menggunakan browser yang lebih baru (yareka menonaktifkan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Ri wattu kammaya anne, untu' ampa'tantui dukungang tulusu', la'pa'piitteangki situs tenaya na'gaya siagang JavaScript.
Elektrosintesis asam adipat (prekursor nilon 66) battu ri minynya CA (campurang sikloheksanon siagang sikloheksanol) iami antu strategi berkelanjutan yang akkulle ansambeangi cara tradisional yang naparalluangi kondisi yang keras. Mingka, kapadatang arus rannu siagang reaksi evolusi oksigen a'saing sanna' na batasi aplikasi industrina. Ri anne jama-jamang, nipinrai nikel hidroksida ganda siagang vanadium untu' ampa'la'bangi densitas arus siagang ampaentengi efisiensi faradaik tinggi (>80%) ri rentang potensial lompo (1,5-1,9 V vs. elektroda hidrogen reversibel). Studi eksperimental siagang teoritis napa'butti rua peran kunci modifikasi V, antama' tongi rekonstruksi katalis ni percepat siagang adsorpsi sikloheksanon ni pa'pilajari. Salaku butti konsep, ikatte ambangung perakitan membran-elektroda yang menghasilkan asam adipat dengan efisiensi faradaik tinggi (82%) dan produktivitas (1536 μmol cm-2 h-1) pada kepadatan arus yang relevan secara industri (300 mA cm-2), sementara mencapai stabilitas >50 h. Anne jama-jamang ampa'piitteangi katalis yang efisien untuk elektrosintesis asam adipat siagang produktivitas tinggi siagang potensi industri.
Asam adipat (AA) iami antu sala se're asam dikarboksilat alifatik yang paling penting siagang biasana ni pake ri pa'gambang nilon 66 siagang poliamida atau polimer maraengannaya1. Ri industri, AA ni sintesis siagang ni oksidasi campurang sikloheksanol siagang sikloheksanon (iamintu, minynya AA) ammake 50-60 vol% asam nitrat salaku bahan oksidasi. Anne prosesna nia masalah lingkungang terkait emisi asam nitrat pekat siagang oksida nitrogen (N2O siagang NOx) salaku gas rumah kaca2,3. Manna H2O2 akkullei nipake salaku bahan oksidasi hijau alternatif, ongkoso tinggina siagang kondisi sintesisna yang keras ampa'jari susai nipake secara praktis, siagang metode yang lebih hemat biaya siagang berkelanjutan niparalluangi4,5,6.
Ri taung sampulo allaloa, metode sintesis kimia elektrokatalitik siagang bahan bakar a'kulleang sanna' niparhatikang ri tau caradde'a nasaba' keuntunganna a'pake energi terbarukan siagang anjama ri kondisi ringan (e.g., suhu kamara siagang tekanan ambien)7,8,9,10. Ri sesena anne, pa'bakkakanna konversi elektrokatalitik minynya KA mange ri AA sanna' paralluna untu' anggappa keuntungan ri dallekang kammayatompa untu' ampa'lanynya'i pa'pakeang asam nitrat siagang emisi oksida nitrat ni gappa ri produksi konvensional (Gambara 1a). Pa'jamaang perintis nigaukangi ri Petrosyan et al., yang melaporkan reaksi oksidasi elektrokatalitik sikloheksanon (COR; sikloheksanon atau sikloheksanol biasanya dipelajari sebagai mewakili minyak KA) pada nikel oksihidroksida (NiOOH), tetapi kepadatan arus rendah (6 cm) dan hasil A sedang (25 A2) sedang nigappai11,12. battu ri anjo wattua, nia'mo kemajuan signifikan ri pa'bakkakanna katalis berbasis nikel untu' ampa'pilajari aktivitas COR. Pa'pada, katalis nikel hidroksida (Cu-Ni(OH)2) nidoping tembaga ni sintesis untu' ampa'la'bangi pembelahan Cα-Cβ ri sikloheksanol13. Anne kamma-kamma anne nilaporoki katalis Ni(OH)2 nipinra siagang natrium dodesil sulfonat (SDS) untu' appa'nia' lingkungang mikro hidrofobik nu'kullea ampa'jari kalumanynyang sikloheksanona14.
a Tantangan produksi AA siagang elektrooksidasi minynya KA. b Pa'bandingang COR elektrokatalitik katalis berbasis Ni yang lebba ni laporo siagang katalis ikatte ri sistem tallu elektroda siagang sistem baterai aliran11,13,14,16,26. Informasi rinci ri sesena parameter reaksi siagang kinerja reaksi ni pasadiai ri Tabel Tambahan 1 siagang 2. c Kinerja katalitik katalis NiV-LDH-NS ikatte untuk COR ri reaktor sel H siagang MEA, yang beroperasi ri rentang potensi yang luas.
Manna pole metode ri dallekang na pa bajiki aktivitas COR, katalis berbasis Ni yang dijelaskan menunjukkan efisiensi tinggi AA Faraday (FE) (>80%) hanya pada potensi yang relatif rendah, biasanya di bawah 1,6 V dibandingkan dengan elektroda hidrogen reversibel (RHE, disingkat VRHE). Jari, kepadatan arus parsial yang dilaporkan (iamintu, kepadatan arus total dikalikan dengan FE) dari AA selalu di bawah 60 mA cm−2 (Gambar 1b dan Tabel Tambahan 1). Kepadatan arus yang rendah jauh di bawah persyaratan industri (>200 mA cm−2)15, yang signifikan menghambat teknologi elektrokatalitik untuk sintesis AA tinggi-throughput (Gambar 1a; atas). Untu' ampa'la'bangi densitas arus, potensi positif (untu' sistem tallu elektroda) iareka tegangan sel tinggi (untu' sistem rua elektroda) akkullei nipake, iamintu cara sederhana untu' jai transformasi elektrokatalitik, terutama reaksi evolusi oksigen (OER). Mingka, untuk COR ri potensi anodik tinggi, OER akkullei ajari pesaing lompo ri laleng angngurangi FE AA, sa'genna akkullei angngurangi efisiensi energi (Gambara 1a; rawanganna). Pa'pada, ansalidiki kemajuan rioloa (Gambara 1b siagang Tabel Tambahan 1), sanna'mi si'nana pa'maitta nasaba' FE AA ri SDS-modified Ni(OH)2 naung battu ri 93% mange ri 76% siagang natambai potensi ni pake battu ri 1,5 VRHE mange ri 1,7 VRHE14, nampa FE AA ri Cu(OH)2x-Ni (OH)2 naung battu ri 1,5 VRHE 93% mange ri 69% siagang natambai potensi battu ri 1,52 VRHE mange ri 1,62 VRHE16. Jari, kepadatan arus parsial AA yang dilaporkan tidak meningkat secara proporsional pada potensial tinggi, yang sebagian besar membatasi peningkatan kinerja AA, tidak akan disebutkan konsumsi energi tinggi karena FE rendah AA. Ri tambanganna katalis berbasis nikel, katalis berbasis kobalt rie' to'mi ampa'piitteang aktivitas katalitik ri COR17,18,19. Mingka, efisiensi na ancuru ri potensi tinggi, siagang nibandingkan siagang katalis berbasis Ni, ia nia keterbatasan potensial labbi ri aplikasi industri, pappada fluktuasi ballinna labbi lompo siagang persediaan labbi caik. Jari, parallui nipaenteng katalis berbasis Ni siagang kepadatan arus tinggi siagang FE ri COR sollanna akkulle nigaukang untu' ampa'gannaki wassele' AA tinggi.
Ri anne jama-jamang, ikatte allaporoki vanadium(V)-modified nikel berlapis double hydroxide nanosheets (NiV-LDH-NS) sebagai elektrokatalis efisien untuk produksi AA melalui COR, yang beroperasi di jangkauan potensial yang luas dengan OER yang signifikan ditekan, mencapai FE tinggi dan kepadatan arus di kedua sel-sel dan elektroda membran (Gambar b AME 1A). Ikatte uru-uruna ampa'piitteang angkua efisiensi oksidasi asetilena ri katalis nanosheet Ni(OH)2 khas (Ni(OH)2-NS) naung, sangkamma ni harapkan, ri potensi tinggi, battu ri 80% ri 1,5 VRHE mange ri 42% ri 1,9 VRHE. Sikontutojenna, ribokoangna nipinra Ni(OH)2 siagang V, NiV-LDH-NS napappicinikangi densitas arus tinggi ri potensi tertentu siagang, labbi parallu, ampaentengi FE tinggi ri rentang potensi yang luas. Pa'pada, ri 1,9 VRHE, iami antu ampa'piitteang densitas arus 170 mA cm−2 siagang FE 83%, iami antu katalis yang labbi baji' untuk COR ri sistem tallu elektroda (Gbr. 1c siagang Tabel Tambahan 1). Data eksperimental siagang teoritis ampa'piitteangi angkua modifikasi V na promosikan kinetika reduksi battu ri Ni(OH)2 mange ri oksihidroksida Ni tinggi-valen (Ni3+xOOH1-x), yang a'jari fase aktif untuk COR. Nampa pole, modifikasi V natambai adsorpsi sikloheksanon ri tompo katalis, yang berperan kunci dalam menekan OER pada potensi anodik tinggi. Untu' ampa'piitteangi potensi NiV-LDH-NS ri skenario yang lebih realistis, ikatte merancang reaktor aliran MEA siagang ampa'piitteangi FE AA (82%) ri kepadatan arus yang relevan secara industri (300 mA cm−2), yang signifikan lebih tinggi daripada hasil kami sebelumnya dalam reaktor aliran membran (Gbr. 1b dan Tabel Tambahan 2). Hasil AA yang sesuai (1536 μmol cm−2 h−1) lebih tinggi daripada yang diperoleh dengan proses katalitik termal (<30 mmol gcatalyst−1 h−1)4. Nampa pole, katalis ampa'piitteangi stabilitas baji' punna ammake MEA, ampaentengi FE >80% AA 60 h ri 200 mA cm−2 siagang FE >70% AA 58 h ri 300 mA cm−2. kalabbusanna, studi kelayakan awal (FEA) ampa'piitteangi biaya-efektivitas strategi elektrokatalitik untuk produksi AA.
Situru literatur riolo, Ni(OH)2 iami antu katalis khas yang ampa'piitteang aktivitas baji' untuk COR, jari Ni(OH)2-NS13,14 ni sintesis ri uru-uruna ilalang metode kopresipitasi. Sampel-sampelna ampa'piitteangi struktur β-Ni(OH)2, yang ni konfirmasi ri difraksi sinar-X (XRD; Gambar. 2a), siagang nanosheets ultra-tipis (ketebalan: 2-3 nm, ukurang lateral: 20-50 nm) niparessai ri mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HRTEM Tambahan; Gambar 1) untuk mikroskop mikroskop; (AFM) pengukuran (Gambar Tambahan 2). Agregasi nanosheets ni cini' tongi nasaba' sipa'na sanna' tipisna.
pola difraksi sinar-X Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS. FE, throughput, siagang AA arus densitas ri b Ni(OH)2-NS siagang c NiV-LDH-NS ri potensial yang berbeda. Palang kasalaang a'wakilkangi standar deviasi battu ri tallu pa'ukkuru' independen ammake katalis yang sama. d HRTEM gambara NV-LDH-NS. Skala bar: 20 nm. HAADF-STEM gambara NiV-LDH-NS siagang peta unsur yang sesuai ampa'piitteang distribusi Ni (hijau), V (kuning), siagang O (biru). Skala bar: 100 nm. f Ni 2p3/2, g O 1 s, siagang h V 2p3/2 XPS data Ni(OH)2-NS (atas) siagang NiV-LDH-NS (bawah). i FE siagang j iami antu kinerja AA ri ruaya katalis lalang 7 siklus. Batang kasalaang a'wakilkangi standar deviasi battu ri tallu pa'ukkuru' independen ammake katalis yang sama siagang niaki lalang 10%. Data mentah untuk a-c siagang f-j nipasadiai ri file data mentah.
Nampa niparessai wassele Ni(OH)2-NS ri COR. Pake elektrolisis potensial konstan, nigappai 80% FE AA ri potensi rannu (1,5 VRHE) tena OER (Gambara 2b), a'nassai angkua COR secara energik labbi baji' na OER ri potensi anodik rannu. Produk sampingan utama ni gappai iamintu asam glutarat (GA) siagang FE 3%. Niakna jejak asam suksinat (SA), asam malonat (MA), siagang asam oksalat (OA) ni ukkuru tongi siagang HPLC (ciniki gambara tambahan 3 untuk distribusi produk). Tena asam formik nideteksi ri produk, anjari pammatei angkanaya karbonat akkullei ni bentu salaku produk sampingan C1. Untu' anuji anne hipotesis, elektrolit battu ri elektrolisis lengkap 0,4 M sikloheksanon ni asamkan siagang produk gas nipantama ri larutan Ca(OH)2. Hasilna, anjo larutanga a'jari keruh, ampa'nassai pa'bentu'na karbonat ribokoangna elektrolisis. Mingka, lanri kurangna listrik total ni pa'nia' ri wattu proses elektrolisis (Gambara 2b, c), konsentrasi karbonat kurang siagang susai ni ukkuru. Nampa pole, produk C2-C5 maraengannaya akkulle tongi ni bentu, mingka jaina takkulleai ni ukkuru. Manna pole sanna' jaina produk susai ni ukkuru, 90% battu ri sanna'na elektrokimia a'nassai angkua sanna' jaina proses elektrokimia le'ba'mi ni identifikasi, iaminjo a'jari dasara' untu' pahang mekanista. Lanri sanna'na arusna (20 mA cm−2), wassele'na AA iamintu 97 μmol cm−2 h−1 (Gambara 2b), sangkamma 19 mmol h−1 g−1 situru' pa'beserang massa katalis (5 mg cm−2), ia la'bi rannuangngang na produktivitas katalitik termal (~30 g−1 g−1 g−1). Ri wattu potensi yang diterapkan meningkat dari 1,5 hingga 1,9 VRHE, meskipun kepadatan arus keseluruhan meningkat (battu dari 20 hingga 114 mA cm−2), ada sekaligus penurunan signifikan ri AA FE, dari 80% hingga 42%. Panra'na FE ri potensi positif la'bi jai nasaba' pa'saing OER. Terutama ri 1,7 VRHE, persaingan OER angngerangi panra'na AA FE, sa'genna sike'de' panra'na AA kinerja siagang panra'na arus keseluruhan. Jari, manna pole kepadatan arus parsial AA nai' battu ri 16 mange ri 48 mA cm−2 siagang produktivitas AA nai' (battu ri 97 mange ri 298 μmol cm−2 h−1), jai energi tambahan nikanre (2,5 W h gAA−1 labbi battu ri 1,5 mange ri 1,9 VRHE), na'jari nai' emisi karbon 27 g. gAA−1 (rincian perhitungan diberikan di Catatan Tambahan 1). OER yang sebelumnya dicatat sebagai pesaing reaksi COR pada potensi anodik tinggi konsisten dengan laporan sebelumnya dan mewakili tantangan umum untuk meningkatkan produktivitas AA14,17.
Untu ampaentengi katalis COR berbasis Ni(OH)2-NS yang lebih efisien, uru-uruna nianalisis fase aktif. Ikatte anciniki puncak ri 473 cm-1 siagang 553 cm-1 ri hasil spektroskopi Raman in situ (Gambar Tambahan 4), sicoco' siagang bengkok siagang peregangan ikatan Ni3+-O ri NiOOH, massing-massing. Lebba nidokumentasikan angkua NiOOH iami antu wassele reduksi Ni(OH)2 siagang akumulasi Ni(OH)O ri potensi anodik, siagang iami antu fase aktif ri oksidasi elektrokatalitik20,21. Jari, sanna'mi sanna'na punna ni pa'gassing proses rekonstruksi fase Ni(OH)2 mange ri NiOOH akkullei napa'la'bangi aktivitas katalitik COR.
Ikatte ancobai a'pinra Ni(OH)2 siagang logam maraeng nasaba' ni cini'i angkua a'pinra heteroatom na promosi rekonstruksi fase ri logam transisi oksida/hidroksida22,23,24. Sampel ni sintesis siagang co-deposition Ni siagang prekursor logam maka rua. Ri tangnga-tangngana sampel logam-modifikasi yang berbeda, sampel V-modifikasi (V:Ni rasio atom 1:8) (nikana NiV-LDH-NS) menunjukkan kepadatan arus tinggi di COR (Gambar Tambahan 5) dan lebih penting, tinggi AA FE di atas jendela potensial yang luas. Khususna, ri potensi rannu (1,5 VRHE), kepadatan arus NiV-LDH-NS 1,9 kali labbi tinggi na Ni(OH)2-NS (39 vs. 20 mA cm−2), siagang AA FE sangkamma ri ruaya katalis (83% vs. 80%). Lanri tinggina densitas arus siagang FE AA yang sama, produktivitas NiV-LDH-NS 2,1 kali tinggi na Ni(OH)2-NS (204 vs. 97 μmol cm−2 h−1), ampa'piitteangi efek promosi modifikasi V ri densitas arus ri potensi rannu (Gambara 2c).
siagang nai'na potensi ni pake (e.g., 1,9 VRHE), densitas arus ri NiV-LDH-NS 1,5 kali labbi tinggi naia ri Ni(OH)2-NS (170 vs. 114 mA cm−2), siagang nai'na sangkammai siagang potensi labbi rannu (1,9 kali labbi tinggi). Sikontutojenna, NiV-LDH-NS napaentengi AA FE tinggi (83%) siagang OER signifikan ni tekan (O2 FE 4%; Gambar 2c), labbi baji na Ni(OH)2-NS siagang katalis yang lebba ni laporo siagang AA FE tinggi ri potensi anodik tinggi (Tabel Tambahan 1). Lanri tinggina FE AA ri jendela potensial lompo (1,5-1,9 VRHE), laju generasi AA 867 μmol cm−2 h−1 (setara 174,3 mmol g−1 h−1) ni gappa ri 1,9 VRHE, ampa'piitteangi kinerja baji' ri elektrokatalitik siagang terkatalitik punna sistemna ni normalkan secara total pemuatan sampel NiV-LDH-NS (Gambar Tambahan 6).
Untu ampahangi tinggina densitas arus siagang tinggina FE ri rentang potensial yang luas ribokoangna nipinra Ni(OH)2 siagang V, kipa'nassai struktur NiV-LDH-NS. Hasil XRD ampa'piitteangi angkua modifikasi siagang V a'jari transisi fase battu ri β-Ni(OH)2 mange ri α-Ni(OH)2, siagang tena spesies kristal terkait V nideteksi (Gbr. 2a). Hasil HRTEM ampa'piitteangi angkua NiV-LDH-NS nawarisi morfologi ultrathin Ni(OH)2-NS nanosheets siagang nia' dimensi lateralna sangkamma (Gbr. 2d). Pangngukurang AFM napa'piitteang kecenderungan agregasi nanosheets yang kuat, na wassele'na ketebalan yang dapat diukur kira-kira 7 nm (Gambar Tambahan 7), yang lebih besar daripada Ni(OH)2-NS (ketebalan: 2-3 nm). Analisis pemetaan spektroskopi sinar-X energi-dispersif (EDS) (Gambar 2e) ampa'piitteangi angkua elemen V siagang Ni sanna' baji'na ni distribusikan ri nanosheets. Untu' ampakasingaraki struktur elektronikna V siagang wassele'na ri Ni, nipakei spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (Gambara 2f-h). Ni(OH)2-NS ampa'piitteangi puncak spin-orbit khas Ni2+ (puncak baine ri 855,6 eV, puncak satelit ri 861,1 eV, gambara 2f)25. Spektrum O 1 s XPS Ni(OH)2-NS akkullei nibage ajari tallu puncak, ri tangnga-tangngana puncak ri 529,9, 530,9 siagang 532,8 eV nipasisambungi siagang oksigen kisi (OL), gugus hidroksil (Ni-OH) siagang oksigen ni serap ri cacat permukaang (OA), massing-massing (Gambara 2g)26,27,28,29. Punna lebaki nipinra siagang V, puncak V 2p3/2 ammumba, yang akkulle ni dekomposisi anjari tallu puncak niaka ri 517,1 eV (V5+), 516,6 eV (V4+) siagang 515,8 eV (V3+), massing-massing, a'nassai angkua spesies V ri struktura sanna'i nia' ri keadaang oksidasi tinggi (Gambar 203, 2035). Nampa pole, puncak Ni 2p ri 855,4 eV ri NiV-LDH-NS a'lette' negatif (kira-kira 0,2 eV) punna nipasibandingangi siagang Ni(OH)2-NS, a'nassai angkanaya elektron nipalette' battu ri V mange ri Ni. Keadaan valensi Ni yang relatif rendah diamati setelah modifikasi V konsisten dengan hasil spektroskopi tepi dekat penyerapan sinar-X Ni K-edge (XANES) (lihat bagian “V Modifikasi Mempromosikan Reduksi Katalis” di bawah untuk lebih rinci). NiV-LDH-NS ribokoangna perlakuang COR 1 h ni areng NiV-LDH-POST siagang ni tanra sukkuki ammake mikroskop elektron transmisi, pemetaan EDS, difraksi sinar-X, spektroskopi Raman, siagang pengukuran XPS (Gambar Tambahan 8 siagang 9). Katalis tetap sebagai agregat dengan morfologi nanosheet ultrathin (Gambar Tambahan 8a-c). Kristalinitas sampel ancuru siagang kandungan V ancuru lanri pencucian V siagang rekonstruksi katalis (Gambar Tambahan 8d-f). Spektrum XPS ampa'piitteangi panra'na intensitas puncak V (Gambar Tambahan 9), yang dikaitkan dengan pencucian V. Nampa pole, analisis spektrum O 1s (Gambar Tambahan 9d) siagang pangukurang resonansi paramagnetik elektron (EPR) (Gambar Tambahan 10) ampa'piitteangi angkua jaina kekosongan oksigen ri NiV-LDH-NS natambai ribokoangna 1 h elektrolisis, nu'kullea a'jari pergeserang negatif ri energi pengikatan NiV-LDH-NS (Gambar Tambahan 9d siagang 9d). 10 untuk lebih rinci)26,27,32,33. Jari, NiV-LDH-NS ampa'piitteang sike'de' pa'pinraang struktural ribokoangna 1 h COR.
Untu' ampa'nassai peran pentingna V ri pa'paentengang COR, a'sintesis katalis NiV-LDH siagang rasio atom V:Ni beru (1:32, 1:16, siagang 1:4, ni areng NiV-32, NiV-16, siagang NiV-4, massing-massing) pantaranganna 1:8 siagang cara kopresipitasi yang sama. Hasil pemetaan EDS ampa'piitteangi angkua rasio atom V:Ni ri katalis a'reppese'i ri prekursor (Gambar Tambahan 11a-e). siagang nai'na modifikasi V, intensitas spektrum V 2p nai', siagang energi pengikatan daerah Ni 2p tulusu' a'lette' mange ri sisi negatif (Gambar Tambahan 12). Ri wattu todong anjo, proporsi OL pila' katambangi. Hasil uji katalitik ampa'piitteangi angkua OER akkullei ni tekan secara efektif manna pole ribokoangna modifikasi V minimal (V:Ni rasio atom 1:32), siagang O2 FE ancuru' battu ri 27% mange ri 11% ri 1,8 VRHE ribokoangna V modifikasi (Gambar Tambahan 11f). siagang nai'na rasio V:Ni battu ri 1:32 mange ri 1:8, aktivitas katalitik nai'. Mingka, punna pila' katambangi modifikasi V (rasio V:Ni 1:4), densitas arusna pila' kurangi, ia ni anggappaya nasaba' pila' kurangi densitas situs aktif Ni (terutama fase aktif NiOOH; Gambar Tambahan 11f). Nasaba efek promosi modifikasi V siagang pelestarian situs aktif Ni, katalis siagang rasio V:Ni 1:8 ampa'piitteang kinerja FE siagang AA kaminang tinggi ri uji penyaringan rasio V:Ni. Untu' ampa'nassai punna rasio V:Ni tuli konstan ribokoangna elektrolisis, komposisi katalis ni pake ni karakterkangi. Wassele'na ampa'piitteangi angkua untuk katalis siagang rasio V:Ni pammulang battu ri 1:16 sanggenna 1:4, rasio V:Ni ancuru'i kira-kira 1:22 ribokoangna reaksi, nu'kullea nasaba' panra'na V nasaba' rekonstruksi katalis (Gambar Tambahan 13). Catat angkua AA FEs yang sebanding ni cini'i punna rasio V:Ni pammulangna sangkamma iareka labbi tinggi na 1:16 (Gambar Tambahan 11f), nu'kullea ni pa'pau ri rekonstruksi katalis nu'kullea a'jari rasio V:Ni yang sebanding ri katalis nu'pa'piitteang kinerja katalitik yang sebanding.
Untu' ampa'nassai pole antekamma paralluna V-modified Ni(OH)2 ri pa'paentengang COR, kipaentengi rua cara sintetis maraeng untu' ampa'nassai V ri bahan Ni(OH)2-NS. Sala se're iamintu cara a'campuru, siagang sampel nikana NiV-MIX; maraengannaya iami antu metode sputtering berurutan, siagang sampel nikana NiV-SP. Rincianna sintesis niaki ri bageang metode. Pemetaan SEM-EDS ampa'piitteangi angkua V sukses nipinra ri tompo'na Ni(OH)2-NS ri ruaya sampel (Gambar Tambahan 14). Hasil elektrolisis ampa'piitteangi angkua ri 1,8 VRHE, efisiensi AA ri elektroda NiV-MIX siagang NiV-SP iamintu 78% siagang 79%, massing-massing, rua-ruanna ampa'piitteangi efisiensi labbi tinggi na Ni(OH)2-NS (51%). Nampa pole, OER ri NiV-MIX siagang NiV-SP elektroda ni tekan (FE O2: 7% siagang 2%, massing-massing) nibandingkan siagang Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%). Anne wassele'na napa'butti wassele' baji'na V modifikasi ri Ni(OH)2 ri penekanan OER (Gambar Tambahan 14). Mingka, stabilitas katalis ni kompromi, yang dicerminkan oleh penurunan FE AA pada NiV-MIX menjadi 45% dan pada NiV-SP menjadi 35% setelah tujuh siklus COR, yang menyiratkan perlunya mengadopsi metode yang tepat untuk menstabilkan spesies V, seperti modifikasi V di Ni(OH)2 latti di Nice-VNS, yang merupakan kunci utama ri anne jama-jamanga.
Ikatte to'ji ansalidiki stabilitas Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS siagang ampa'jari COR mange ri siklus jaia. Reaksi nigaukangi 1 h per siklus siagang elektrolit ni ganti ribokoangna massing siklus. Punna lebaki siklus maka 7, FE siagang AA kinerja ri Ni(OH)2-NS naung 50% siagang 60%, massing-massing, sementara peningkatan OER niparessai (Gbr. 2i, j). Punna lebaki massing-massing siklus, niparessai kurva voltammetri siklus (CV) katalis siagang niparessai angkanaya puncak oksidasi Ni2+ pila' kurangi, a'nassai panra'na kemampuan redoks Ni (Gambar Tambahan 15a-c). Sibatu siagang nai'na konsentrasi kation Ni ri elektrolit ri wattu elektrolisis (Gambar Tambahan 15d), ikatte a'kaitkan degradasi kinerja (penurunan produktivitas FE siagang AA) mange ri pencucian Ni battu ri katalis, na wassele'na eksposur lompo substrat berbusa Ni nu'pa'piitteang aktivitas OER. Sikontutojenna, NiV-LDH-NS na lambatkangi panra'na FE siagang AA produktivitas mange ri 10% (Gbr. 2i, j), a'nassai angkua modifikasi V akkullei na halangi panra'na Ni (Gbr. Tambahan 15d). Untu ampahangi stabilitas yang ni tamba ri modifikasi V, nigaukangi perhitungan teoritis. Situru literatur riolo34,35, entalpi berubah proses demetalisasi atom logam ri permukaan aktif katalis akkullei nipake salaku deskriptor yang wajar untuk mengevaluasi stabilitas katalis. Jari, entalpi berubah proses demetalisasi atom Ni ri (100) permukaan Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS (NiOOH siagang NiVOOH, massing-massing) ni rekonstruksi ni perkirakan (rincianna konstruksi modele ni carita ri Catatan Tambahan 2 siagang Gambar Tambahan 16). Proses demetalisasi Ni battu ri NiOOH siagang NiVOOH ni gambara (Gambar Tambahan 17). Biaya energi demetalisasi Ni ri NiVOOH (0,0325 eV) labbi tinggi naia ri NiOOH (0,0005 eV), a'nassai angkua modifikasi V na pa'nassa stabilitas NiOOH.
Untu' ampa'nassai efek penghambat OER ri NiV-LDH-NS, terutama ri potensi anodik tinggi, spektrometri massa elektrokimia diferensial (DEMS) nigaukangi untu' ansalidiki pembentukan O2 bergantung potensial ri sampel yang berbeda. Wassele'na ampa'piitteangi angkua ri tenana sikloheksanon, O2 ri NiV-LDH-NS ammumbai ri potensi pammulang 1,53 VRHE, ia sike'de' labbi rannu na O2 ri Ni(OH)2-NS (1,62 VRHE) (Gambar Tambahan 18). Anne wassele'na ampa'nassai angkua inhibisi OER NiV-LDH-NS ri wattu COR anre' na'kulle nasaba' aktivitas OER rannu intrinsikna, yang konsisten siagang kepadatan arus tinggi sike'de' ri kurva voltammetri sapuan linier (LSV) ri NiV-LDH-NS naia ri Ni(OH)2-NS tanpa siklo (Gambar 19). Punna lebaki nipa'nassa sikloheksanon, evolusi O2 yang tertunda (mungkin karena keuntungan termodinamik COR) menjelaskan FE tinggi AA di wilayah potensi rendah. Yang lebih penting, potensi onset OER pada NiV-LDH-NS (1,73 VRHE) lebih tertunda daripada pada Ni(OH)2-NS (1,65 VRHE), yang konsisten dengan FE tinggi AA dan FE rendah O2 pada NiV-LDH-NS pada potensi yang lebih positif (Gambar 2c).
Untu' ampahangi baji'-baji' wassele'na V modifikasi, kiparessai kinetika reaksi OER siagang COR ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS siagang angngukuri lereng Tafelna. Parallui ni issengi angkua densitas arus ri wilayah tafel iamintu nasaba oksidasi Ni2+ mange ri Ni3+ ri wattu uji LSV battu ri potensi rannu mange ri potensi tinggi. Untu' ampa'kurangi wassele'na oksidasi Ni2+ ri pa'ukkuru' lereng COR Tafel, uru-uruna nioksidasi katalis ri 1,8 VRHE 10 min nampa nigaukang tes LSV ri mode scan balik, iamintu, battu ri potensi tinggi mange ri potensi rannu (Gambar Tambahan 20). Kurva LSV asli ni koreksi siagang 100% kompensasi iR untuk anggappa kemiringan Tafel. Ri tenana sikloheksanon, kemiringan Tafel NiV-LDH-NS (41,6 mV dec−1) labbi rannu na Ni(OH)2-NS (65,5 mV dec−1), a'nassai angkua kinetika OER akkullei nipakatinggi siagang modifikasi V (Gambar Tambahan 20c). Punna lebaki nipa'nassa sikloheksanon, kemiringan Tafel NiV-LDH-NS (37,3 mV dec−1) labbi rannu na Ni(OH)2-NS (127,4 mV dec−1), a'nassai angkua modifikasi V rie' efek kinetikna labbi singara' ri COR nibandingkan siagang OER (Gambar Tambahan 20). Anne wassele'na ampa'nassai angkua manna mamo modifikasi V na promosikan OER sanggenna se'reang batas, mingka sanna'i napa'jari pila' gassing kinetika COR, na'kulle a'jari pa'naikanna FE AA.
Untu ampahangi efek promosi modifikasi V ri dallekang ri kinerja FE siagang AA, a'fokus maki ri studi mekanisme. Sipa'gang laporang rioloa ampa'piitteangi angkua modifikasi heteroatom akkullei nakurangi kristalinitas katalis siagang natambai luas permukaan aktif elektrokimia (EAS), sa'genna natambai jaina situs aktif siagang akkullei natambai aktivitas katalitik36,37. Untu' ansalidiki anne kamungkinanga, nigaukangi pa'ukkuru' ECSA riolo siagang ribokoangna aktivasi elektrokimia, siagang wassele'na ampa'piitteangi angkua ECSA Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS sangkammai (Gambar Tambahan 21), anre' na'kulle nipantamaki pangaru densitas situs aktif ribokoangna modifikasi V ri pa'paentengang katalitik.
Situru pangngassengang nitarimaya ri tau jaia, ri Ni(OH)2-katalisis elektrooksidasi alkohol yareka substrat nukleofilik maraengannaya, Ni(OH)2 uru-uruna tappela elektron siagang proton nampa ni kurangi ajari NiOOH ilalang langkah elektrokimia ri potensi anodik tertentu38,39,40,41. NiOOH yang dibentuk kemudian bertindak sebagai spesies COR aktif nyata untuk mengabstrak hidrogen dan elektron dari substrat nukleofilik melalui langkah-langkah kimia untuk membentuk produk teroksidasi20,41. Mingka, beru-beru anne ni laporo angkua manna pole reduksi mange ri NiOOH akkullei ajari langkah penentu laju (RDS) untuk elektrooksidasi alkohol ri Ni(OH)2, sangkamma ni sarankan ri literatur beru-berua, oksidasi alkohol Ni3+ akkullei ajari proses spontan ilalang transfer elektron non-redoks ilalang orbital Ni3+42444 yang tidak diduduki. Ni inspirasi battu ri studi mekanistik yang dilaporkan dalam literatur yang sama, kami menggunakan dimetilglioksim dinatrium garam oktahidrat (C4H6N2Na2O2 8H2O) sebagai molekul probe untuk in situ menangkap setiap pembentukan Ni2+ yang dihasilkan dari reduksi Ni3+ selama COR (Gambar Tambahan 22 dan Tambahan No 3). Hasilna ampa'piitteangi pa'bentu'na Ni2+, ampa'nassai angkua reduksi kimia NiOOH siagang elektrooksidasi Ni(OH)2 kajariang sikali-kali ri wattu proses COR. Jari, aktivitas katalitik akkullei sanna' ta'ganttung ri kinetika reduksi Ni(OH)2 mange ri NiOOH. Ri sesena anne prinsip, ribokoangna niparessai maka modifikasi V akkullei napa'jari pila' gassing reduksi Ni(OH)2 siagang akkullei pila' baji' COR.
Ikatte uru-uruna ampakei teknik Raman in situ untuk ampa'piitteang angkua NiOOH iami antu fase aktif untuk COR ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS siagang anciniki pa'bentu'na NiOOH ri potensi positif siagang konsumsi ribokoangna ribokoangna nipantama'na sikloheksanon, ribokoangna proses “elektrokimia” (Gambara 3). Nampa pole, reaktivitas NiV-LDH-NS ni rekonstruksi labbiangngangi Ni(OH)2-NS, sangkamma ni buktikan ri percepatan penghilangan sinyal Raman Ni3+–O. Nampa kipa'piitteang angkua NiV-LDH-NS kurangi potensi positifna untu' a'bentu' NiOOH punna nipasibandingangi siagang Ni(OH)2-NS punna rie' iareka tena sikloheksanon (Gambara 3b, c siagang Gambar Tambahan 4c, d). Terutama, kinerja OER unggul NiV-LDH-NS menghasilkan lebih banyak gelembung menempel di lensa depan objektif pengukuran Raman, yang menyebabkan puncak Raman pada 1,55 VRHE hilang (Gambar Tambahan 4d). Situru hasil DEMS (Gambar Tambahan 18), kepadatan arus ri potensial rannu (VRHE < 1,58 untuk Ni(OH)2-NS siagang VRHE < 1,53 untuk NiV-LDH-NS) terutama nasaba rekonstruksi ion Ni2+ naia OER ri tenana cyclohone. Jari, puncak oksidasi Ni2+ ri kurva LSV labbi gassinga na NiV-LDH-NS, a'nassai angkua modifikasi V assarei NiV-LDH-NS siagang kemampuan remodeling yang ni pa'nassa (ciniki Gambar Tambahan 19 untuk analisis rinci).
a Spektrum Raman in situ Ni(OH)2-NS (kiri) siagang NiV-LDH-NS (kanan) ilalang kondisi OCP ribokoangna praoksidasi ri 1,5 VRHE ri 0,5 M KOH siagang 0,4 M sikloheksanon selama 60 s. b Spektrum Raman in situ Ni(OH)2-NS siagang c NiV-LDH-NS ri 0,5 M KOH + 0,4 M sikloheksanon ri potensi yang berbeda. d Spektrum XANES in situ Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ri Ni K-edge ri 0,5 M KOH siagang e 0,5 M KOH siagang 0,4 M sikloheksanona. Inset a'pa'piitteang daerah spektral ni pa'la'bang ri alla'na 8342 siagang 8446 eV. f Keadaan valensi Ni ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ri potensi yang berbeda. g In situ Ni EXAFS spektrum NiV-LDH-NS riolo siagang ribokoangna penyisipan sikloheksanon ri potensi yang berbeda. h Model teoritis Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS. Ri dallekang: Ri Ni(OH)2-NS, remodeling lambat battu ri Ni(OH)2-NS mange ri NiOOH a'jari RDS, sementara sikloheksanon nakurangi spesies Ni tinggi-valen ilalang langkah-langkah kimia untu' ampaentengi keadaang Ni-valen rannu untu' appa'nia' AA. Rawanganna: Ri NiV-LDH-NS, langkah remodeling ni fasilitasi ri modifikasi V, na wassele'na transfer RDS battu ri langkah remodeling mange ri langkah kimia. i Energi bebas Gibbs a'pinra ri wattu rekonstruksi Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS. Data mentah untuk aj siagang i nipasadiai ri file data mentah.
Untu' ansalidiki evolusi struktur atom siagang elektronik ri wattu reduksi katalis, nigaukangi in situ spektroskopi absorpsi sinar-X (XAS) paccoba, nu assarei alat kuat untu' ansalidiki dinamika spesies Ni ri tallu langkah berturut-turut: OER, injeksi sikloheksanon, siagang COR ri sirkuit potensial terbuka (OCP). Gambara ampa'piitteangi spektrum K-edge XANES Ni siagang potensi nai' riolo siagang ribokoangna injeksi sikloheksanon (Gambara 3d, e). Ri potensi yang sama, energi tepi penyerapan NiV-LDH-NS signifikan lebih positif daripada Ni(OH)2-NS (Gambar 3d, e, inset). Valensi rata-rata Ni ri massing-massing kondisi ni perkirakan siagang pas gabungan linier spektrum XANES siagang regresi pergeseran energi penyerapan Ni K-edge (Gambara 3f), siagang spektrum referensi niallei battu ri literatur yang diterbitkan (Gambar Tambahan 23)43.
Ri langkah maka se're (riolo nipa'nassa sikloheksanon, situru' proses OER; gambara 3f, kiri), ri potensi katalis tenayapa ni rekonstruksi (<1,3 VRHE), keadaang valensi Ni ri NiV-LDH-NS (+1,83) sike'de' labbi rannu na Ni(OH)2-NS (+197), nu'kullea nipalette' battu ri V mange ri elektron mange ri elektron. Ni, konsisten siagang hasil XPS yang disebutkan di atas (Gambar 2f). Punna potensi labbiangngangi titik reduksi (1,5 VRHE), keadaang valensi Ni ri NiV-LDH-NS (+3,28) ampa'piitteangi pa'naikanna labbi singara' punna nipasibandingi siagang Ni(OH)2-NS (+2,49). Ri potensi tinggi (1,8 VRHE), keadaan valensi partikel Ni ni gappa ri NiV-LDH-NS (+3,64) tinggiangngangi na Ni(OH)2-NS (+3,47). Situru laporang beru, anne prosesna sicocoki siagang pabentukang spesies Ni4+ tinggi-valen ri struktur Ni3+xOOH1-x (Ni3+x iami antu spesies campurang Ni3+ siagang Ni4+), yang riolo ampa'piitteang aktivitas katalitik yang meningkat ri dehidrogenasi alkohol38,39,44. Jari, kinerja NiV-LDH-NS yang lebih baik di COR mungkin karena peningkatan reduksibilitas untuk membentuk spesies Ni tinggi-valen aktif secara katalitik.
Ri langkah maka rua (pa'nassaang sikloheksanon ribokoangna pa'bukka'na cincin, gambara 3f), keadaang valensi Ni ri ruaya katalis anre' na'kulle niurangi, iamintu sicoco' siagang proses reduksi Ni3+xOOH1-x ri sikloheksanon, iamintu konsisten siagang wassele' spektroskopi Raman in situ (Gambara 3f), siagang keadaang valensi Ni sanna'mi sanna'na (langkah maka se're ri potensi rannu), a'nassai reversibilitas proses redoks Ni mange ri Ni3+xOOH1-x.
Ri langkah maka tallu (proses COR) ri potensi COR (1,5 siagang 1,8 VRHE; gambara 3f, kanang), keadaang valensi Ni ri Ni(OH)2-NS nai' sike'de'ji (+2,16 siagang +2,40), ia signifikan labbi rannu naia ri potensi yang sama ri langkah maka se're (+2,49 siagang +3,47). Anne wassele'na ampa'nassai angkua ribokoangna injeksi sikloheksanon, COR secara kinetik ni batasi ri oksidasi lambat Ni2+ mange ri Ni3+x (iamintu, rekonstruksi Ni) naia ri langkah kimia ri alla'na NiOOH siagang sikloheksanon ri Ni(OH)2-NS, na anre' na Ni ri keadaang valensi rannu. Jari, kipa'le'baki angkua rekonstruksi Ni akkullei a'jari RDS ri proses COR ri Ni(OH)2-NS. Sikontutojenna, NiV-LDH-NS napaentengi valensi tinggina spesies Ni (>3) lalang proses COR, siagang valensi na kurangi (kurang battu ri 0,2) punna nipasibandingangi siagang langkah maka se're ri potensi yang sama (1,65 siagang 1,8 VRHE), a'nassai angkanaya modifikasi V secara kinetik na promosikan oksidasi Ni2+ mange ri Ni2+, ampa'jari reduksi proses Ni langkah kimia reduksi sikloheksanon. Hasil struktur halus penyerapan sinar-X yang diperpanjang (EXAFS) juga mengungkapkan transformasi lengkap Ni-O (dari 1,6 hingga 1,4 Å) dan Ni-Ni(V) (dari 2,8 hingga 2,4 Å) ikatan di hadapan sikloheksanon. anne konsisten siagang rekonstruksi fase Ni(OH)2 mange ri fase NiOOH siagang reduksi kimia fase NiOOH ri sikloheksanon (Gbr. 3g). Mingka, sikloheksanon signifikan na halangi kinetika reduksi Ni(OH)2-NS (ciniki Catatan Tambahan 4 siagang Gambar Tambahan 24 untuk lebih rinci).
Sikontu-kontuna, ri Ni(OH)2-NS (Gbr. 3h, irate), langkah reduksi lambat battu ri fase Ni(OH)2 mange ri fase NiOOH akkullei a'jari RDS ri proses COR sikontu-kontuna naia langkah kimia pa'bentukang AA battu ri sikloheksanon ri wattu reduksi kimia NiOOH. Ri NiV-LDH-NS (Gbr. 3h, rawanganna), modifikasi V na pa'nassaang kinetika oksidasi Ni2+ mange ri Ni3+x, na pa'nassaang pa'bentukanna NiVOOH (teai konsumsi ri reduksi kimia), nu'pa'lette' RDS mange ri langkah kimia. Untu ampahangi rekonstruksi Ni ni induksi ri modifikasi V, nigaukangi perhitungan teoritis lanjutang. Sangkamma ni cini' ri gambara 3h, ni simulasi proses rekonstruksi Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS. Gugus hidroksil kisi ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ni deprotonasi siagang ekstraksi OH- ri elektrolit untuk a'bentu' oksigen kisi kurang elektron. Reaksi kimia yang sesuai iami antu:
Perubahan energi bebas Gibbs dari rekonstruksi dihitung (Gambar 3i), dan NiV-LDH-NS (0,81 eV) menunjukkan perubahan energi bebas Gibbs yang jauh lebih kecil daripada Ni(OH)2-NS (1,66 eV), menunjukkan bahwa modifikasi V mengurangi tegangan yang dibutuhkan untuk rekonstruksi Ni. Ikatte tappaki angkanaya ampa'la'bangi rekonstruksi akkullei napakatunai penghalang energi ri sikontu COR (ciniki studi mekanisme reaksi ri bawaya untu' rincianna), sa'genna akkullei napa'jari pila' gassing reaksi ri densitas arus tinggi.
Analisis ri dallekang ampa'piitteangi angkua modifikasi V a'jari saba'na a'pinra fase Ni(OH)2, sa'genna natambai laju reaksi siagang, ri giliranna, densitas arus COR. Mingka, situs Ni3+x akkulle tongi ampaentengi kegiatan OER. battu ri kurva LSV tena sikloheksanon, sanna'mi nicini'na angkanaya densitas arus NiV-LDH-NS labbi tinggi na Ni(OH)2-NS (Gambar Tambahan 19), na anjari saba'na reaksi COR siagang OER a'bentu' reaksi kompetitif. Jari, FE AA yang signifikan tingginya daripada NiV-LDH-NS tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh modifikasi V yang mempromosikan penataan ulang fase.
Biasana nitarimai angkua ri media alkali, reaksi elektrooksidasi substrat nukleofilik biasana amminawang modele Langmuir-Hinshelwood (LH). Khususna, substrat siagang anion OH− secara kompetitif coadsorpsi ri tompo katalis, siagang OH− yang terserap dioksidasi menjadi gugus hidroksil aktif (OH*), yang berfungsi sebagai elektrofil untuk oksidasi nukleofil, mekanisme yang telah ditunjukkan sebelumnya oleh data eksperimental dan/atau perhitungan teoritis,454,446. Jari, konsentrasi reaktan siagang rasiona (substrat organik siagang OH−) akkullei nakontrol cakupan reaktan ri tompo katalis, sa'genna akkullei na pengaruhi FE siagang wassele produk target14,48,49,50. Ri sesena ikatte, ikatte a'hipotesis angkua tinggina sikloheksanon permukaan ri NiV-LDH-NS na dukungi proses COR, siagang sibalikangna, sikloheksanon rannu ri Ni(OH)2-NS na dukungi proses OER.
Untu' anuji hipotesis ri dallekang, uru-uruna nigaukangi rua serangkaian paccoba nu sicocoka siagang konsentrasi reaktan (C, sikloheksanon, siagang COH−). Percobaan maka se're nigaukangi siagang elektrolisis ri potensi konstan (1,8 VRHE) ri katalis Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS siagang kandungan sikloheksanon C (0,05 ~ 0,45 M) siagang kandungan COH− tetap (0,5 M). Nampa, FE siagang AA produktivitas nirekeng. Untuk katalis NiV-LDH-NS, hubungang hasil AA siagang sikloheksanon C ampa'piitteang kurva “tipe vulkanik” khas ri mode LH (Gbr. 4a), ampa'piitteang angkua tinggina cakupan sikloheksanon a'saing siagang adsorpsi OH−. Sementara untuk Ni(OH)2-NS, hasil AA nai' secara monoton siagang nai'na C sikloheksanon battu ri 0,05 mange ri 0,45 M, a'nassai angkua manna pole konsentrasi massal sikloheksanon tinggi (0,45 M), cakupan permukaanna sanna' rannu. Nampa pole, siagang nai'na COH− mange ri 1,5 M, kurva “tipe vulkanik” ni cini' ri Ni(OH)2-NS tagannakkang ri C sikloheksanon, siagang titik infleksi kinerja ni tunda punna nipasibandingi siagang NiV-LDH-NS, na pa'buttiang pole adsorpsi lammai sikloheksanon ri Ni(OH)2-NS (Gambar 25). siagang catatang 5). Nampa pole, FE AA ri NiV-LDH-NS sanna' sensitifna ri C-sikloheksanona siagang nai' sanna' linta'na mange ri labbi 80% punna C-sikloheksanona nai' battu ri 0,05 M mange ri 0,3 M, a'nassai angkanaya sikloheksanona gampang ni pa'gannaki ri NiV-LDH-NS (Gambara 4b). Sikontutojenna, natambai konsentrasi C-sikloheksanon tena na signifikan anghalangi OER ri Ni(OH)2-NS, nu'kullea nasaba' anre' nasukku' adsorpsi sikloheksanon. Sikontutojenna, pa'pilajarang lanjutang ri sesena ketergantungan COH− ri efisiensi katalitik na konfirmasi tongi angkua adsorpsi sikloheksanona pila' baji' punna nipasibandingi siagang NiV-LDH-NS, nu'kullea a'toleransi COH− tinggi ri wattu proses COR natena na'kurangi FE AA (Gambar Tambahan 25b, c siagang Note 5).
Produktivitas AA siagang EF b Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ri sikloheksanon siagang C maraeng ri 0,5 M KOH. c Energi adsorpsi sikloheksanon ri NiOOH siagang NiVOOH. d FE AA ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ri 0,5 M KOH siagang 0,4 M sikloheksanona ri 1,80 VRHE ammake strategi potensial diskontinu siagang konstan. Palang kasalaang a'wakilkangi standar deviasi battu ri tallu pa'ukkuru' independen ammake sampel yang sama siagang niaki lalang 10%. e Top: Ri Ni(OH)2-NS, sikloheksanon siagang luas permukaang rannu C lammai ni serap ri sikloheksanona, na anjari persaingan kuat untuk OER. Rawanganna: Ri NiV-LDH-NS, konsentrasi tinggi ri permukaang sikloheksanon C niparessai siagang peningkatan adsorpsi sikloheksanon, na anjari penindasan OER. Data mentah untuk a-d nipasadiai ri file data mentah.
Untu' ancobai adsorpsi sikloheksanon yang nitambai ri NiV-LDH-NS, nipakei mikrobalance kristal kuarsa berpasangan elektrokimia (E-QCM) untu' angngawasi perubahan massa spesies yang diserap secara real time. Wassele'na ampa'piitteangi angkua kapasitas adsorpsi pammulangna sikloheksanon ri NiV-LDH-NS 1,6 kali lompoangngang na Ni(OH)2-NS ri keadaang OCP, siagang anne pa'beserang kapasitas adsorpsi pila' katambangi punna potensina pila' katambangi mange ri 1,5 VRHE (Gambar Tambahan 26). Perhitungan DFT spin-polarized nigaukangi untuk ansalidiki panggaukang adsorpsi sikloheksanon ri NiOOH siagang NiVOOH (Gambara 4c). Sikloheksanon a'serap mange ri Ni-pusat ri NiOOH siagang energi adsorpsi (Eads) -0,57 eV, sementara sikloheksanon akkullei a'serap mange ri Ni-pusat iareka V-pusat ri NiVOOH, na V-pusat assarei Eads (-0,69 eV) yang sanna' labbi rannu, konsisten siagang adsorpsi yang kuat ni cini' sikloheksanon ri NiVOOH.
Untu' ampa'nassai pole angkua adsorpsi sikloheksanon yang ni tambai akkullei na promosikan pembentukan AA siagang menghambat OER, kipakei strategi potensial diskontinu untu' ampa'jari kalumanynyangi sikloheksanon ri tompo' katalis (untu' Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS), yang ni inspirasi ri laporang rioloa. 51, 52 Khususna, kipakei potensi 1,8 VRHE mange ri COR, nampa nipinra mange ri keadaang OCP, nampa nipinra ammotere mange ri 1,8 VRHE. Ri anne passalaka, sikloheksanon akkullei a'rappungang ri tompo'na katalis ri keadaang OCP ri alla'na elektrolisis (ciniki bageang Metode untu' prosedur rinci). Hasilna ampa'piitteangi angkua untuk Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS, ammake elektrolisis potensial diskontinu na pa'pilajari kinerja katalitik nibandingkan siagang elektrolisis potensial konstan (Gambara 4d). Nasaba, Ni(OH)2-NS ampa'piitteangi peningkatan yang lebih signifikan ri COR (AA FE: battu ri 51% mange ri 82%) siagang penindasan OER (O2 FE: battu ri 27% mange ri 4%) na NiV-LDH-NS, yang dikaitkan dengan fakta bahwa akumulasi sikloheksanon dapat meningkatkan lebih besar pada kataker (kapasitas, Ni(OH)2-NS) siagang elektrolisis potensial intermiten.
Sikontu-kontuna, inhibisi OER ri NiV-LDH-NS akkullei nipasisambung siagang peningkatan adsorpsi sikloheksanon (Gambara 4e). Ri Ni(OH)2-NS (Gambara 4e, irate), adsorpsi sikloheksanon yang lammai na wasselei cakupang sikloheksanon yang relatif rannu siagang cakupan OH* yang relatif tinggi ri tompo katalis. Jari, spesies OH* yang berlebihan akan menyebabkan persaingan yang parah untuk OER dan mengurangi FE AA. Sikontutojenna, ri NiV-LDH-NS (Gambara 4e, rawanganna), modifikasi V natambai kapasitas adsorpsi sikloheksanon, sa'genna natambai C permukaan sikloheksanon siagang akkullei napake spesies OH* yang terserap untuk COR, na promosi pembentukan AA siagang menghambat OER.
Ri ta'gala'na ansalidiki wassele'na modifikasi V ri rekonstruksi spesies Ni siagang adsorpsi sikloheksanon, nia' to'mo niparessai punna V a'kulle a'pinra jalur pa'bentukang AA battu ri COR. Sipa'gang jalur COR beru ni usulkan ri laleng sastra, siagang ikatte ansalidiki kemungkinanna ri sistem reaksi ikatte (ciniki Gambar Tambahan 27 siagang Catatan Tambahan 6 untuk lebih rinci)13,14,26. maka se're, le'ba'mi nilaporo' angkua langkah maka se'rena jalur COR akkullei antama' oksidasi pammulang sikloheksanon untu' a'bentu' kunci perantara 2-hidroksisikloheksanon (2)13,14. Untu' ampa'nassai prosesna, kipakei 5,5-dimetil-1-pirolidin N-oksida (DMPO) untu' anjakkalaki perantara aktif ni serap ri tompo'na katalis siagang amparessai EPR. Hasil EPR napa'butti angkua rie' radikal C-centered (R ) siagang radikal hidroksil (OH ) ri ruaya katalis ri wattu proses COR, a'nassai angkua dehidrogenasi Cα − H sikloheksanona a'bentu' radikal enolat perantara (1), nampa ni oksidasi pole ri OH* a'bentu' 2 (Gbr. 5 siagang Tambahan 28). Manna pole perantara yang sama ni identifikasi ri ruaya katalis, fraksi area sinyal R ri NiV-LDH-NS relatif tinggiangngang na Ni(OH)2-NS, yang mungkin karena kapasitas adsorpsi sikloheksanon yang meningkat (Tabel Tambahan 3 dan Catatan 7). Nampa pole nipake 2 siagang 1,2-sikloheksanedion (3) salaku reaktan pammulang untuk elektrolisis untuk anuji maka V akkullei a'pinra langkah oksidasi ribokoangna. Hasil elektrolisis potensial perantara (2 siagang 3) ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ampa'piitteang selektivitas produk yang sebanding, a'nassai angkua reaksi COR ri Ni(OH)2-NS atau NiV-LDH-NS a'lampai lalang jalur yang sama (Gambara 5b). Nampa pole, AA iami antu produk utama punna 2 nipake salaku reaktan, anjari pammatei angkanaya AA niallei lalang proses oksidasi langsung lalang pembelahan ikatan Cα − Cβ 2 naia oksidasi ribokoangna mange ri 3 ri ruaya katalis, nasaba ia sanna nipinra mange ri GA punna 3 nipake salaku reaktan pammulang (Gambara 29 30).
Sinyal EPR NiV-LDH-NS ri 0,5 M KOH + 0,4 M sikloheksanon. b Hasil analisis elektrokatalitik 2-hidroksisikloheksanona (2) siagang 1,2-sikloheksanediona (3). Elektrolisis nigaukangi ri 0,5 M KOH siagang 0,1 M 2 atau 3 ri 1,8 VRE untuk se're jammu. Palang kasalaang a'wakilkangi standar deviasi battu ri ruaya pa'ukkuru' independen ammake katalis yang sama. c Jalur reaksi COR yang diusulkan pada dua katalis. d Ilustrasi skematik jalur COR ri Ni(OH)2-NS (kiri) siagang d NiV-LDH-NS (kanan). Panah eja a'pa'piitteang langkah-langkah nu'kullea ni promosikan ri modifikasi V ri proses COR. Data mentah untuk a siagang b nipasadiai ri file data mentah.
Sikontu-kontuna, kipa'piitteang angkua Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS a'katalisis COR ilalang jalur yang sama: sikloheksanon ni serap ri tompo'na katalis, nidehidrogenasi siagang tappela' elektronna a'bentu' 1, nampa ni oksidasi ri OH* a'bentu' 2, nampa nipinawang ri transformasi multilangkah untu' a'pa'nia' (Gambara Ac 5). Mingka, punna sikloheksanon nipake salaku reaktan, persaingan OER niparessai bawang ri Ni(OH)2-NS, nampa oksigen kaminang sike'de' ni pa'rappungang punna 2 siagang 3 nipake salaku reaktan. Jari, sisalana ni cini'a ri pa'gaukang katalitik akkullei nasaba' pa'pinraang ri RDS energi barrier siagang kapasitas adsorpsi sikloheksanon nasaba' pa'pinraang V naia pa'pinraang ri jalur reaksi. Jari, kiparessai RDS jalur reaksi ri ruaya katalis. Hasil spektroskopi akustik sinar-X in situ yang disebutkan di atas menunjukkan bahwa modifikasi V menggeser RDS dalam reaksi COR dari tahap rekonstruksi ke tahap kimia, menjaga fase NiOOH dan spesies Ni valen tinggi utuh pada NiV-LDH-NS (Gbr. 3f, Gambar Tambahan 24 dan No.4). Ikatte pole ansalidiki proses reaksi niwakili ri kepadatan arus ri massing-massing bageang ri daerah potensial yang berbeda ri wattu pengukuran CV (ciniki Gambar Tambahan 31 siagang Catatan 8 untuk rinci) siagang anggaukangi percobaan pertukaran isotop kinetik H/D, yang secara kolektif ampa'piitteangi angkua RDS COR ri NiV-LDH-NS antama'i ikatan Hα − tahap kimia naia tahap reduksi (ciniki Gambar Tambahan 32 siagang Catatan 8 untuk lebih rinci).
Situru analisis ri dallekang, efek keseluruhan modifikasi V ni pa'piitteang ri gambara 5d. Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS katalis allaloi rekonstruksi permukaan ri potensi anodik tinggi siagang katalisis COR melalui jalur yang sama. Ri Ni(OH)2-NS (Gambara 5d, kiri), langkah rekonstruksi iamintu RDS ri wattu proses COR; sementara ri NiV-LDH-NS (Gambara 5d, kanan), modifikasi V signifikan napa'gassing proses rekonstruksi siagang napinra RDS anjari Cα−H dehidrogenasi sikloheksanon untu' a'bentu' 1. Nampa pole, adsorpsi sikloheksanon kajariang ri situs V siagang nitambai ri NiV-LDH-NS, yang berkontribusi ri penekanan OER.
Nasaba' sanna' baji'na kinerja elektrokatalitik NiV-LDH-NS siagang FE tinggi ri rentang potensi yang luas, ikatte a'rancang MEA untuk ampa'gannaki produksi AA tulusu'. MEA nipasangi ammake NiV-LDH-NS salaku anoda, PtRu/C komersial salaku katode53 siagang membran pertukaran anion (tipe: FAA-3-50) (Gambara 6a siagang Gambar Tambahan 33)54. Nasaba tegangan sel naung siagang FE AA sangkammai siagang 0,5 M KOH ri pa'pilajarang ri dallekang, konsentrasi anolit ni optimalkan mange ri 1 M KOH (Gambar Tambahan 25c). Kurva LSV yang tercatat ditunjukkan pada Gambar Tambahan 34, menunjukkan bahwa efisiensi COR NiV-LDH-NS signifikan lebih tinggi daripada Ni(OH)2-NS. Untu ampa'piitteang keunggulan NiV-LDH-NS, elektrolisis arus konstan nigaukangi siagang kepadatan arus langkah battu ri 50 sanggenna 500 mA cm−2 siagang tegangan sel yang sesuai ni catat. Hasilna ampa'piitteangi angkua NiV-LDH-NS ampa'piitteangi tegangan sel 1,76 V ri kepadatan arus 300 mA cm−2, iamintu kira-kira 16% labbi rannu na Ni(OH)2-NS (2,09 V), ampa'piitteangi efisiensi energina labbi tinggi ri pa'gambang AA (Gbr. 6b).
Diagram skematik bate aliran. b Tegangan sel tanpa kompensasi iR pada Ni(OH)2-NS dan NiV-LDH-NS dalam 1 M KOH dan 0,4 M sikloheksanon pada kepadatan arus yang berbeda. c AA siagang FE wassele ri Ni(OH)2-NS siagang NiV-LDH-NS ri kepadatan arus yang berbeda. Palang kasalaang a'wakilkangi standar deviasi battu ri ruaya pa'ukkuru' independen ammake katalis yang sama. d Pa'bandingang kinerja katalitik jama-jamangta siagang sistem baterai aliran maraengannaya14,17,19. Parameter reaksi siagang karakteristik reaksi ni daftarkan secara rinci ri Tabel Tambahan 2. e Tegangan sel siagang FE AA ri NiV-LDH-NS ri 200 siagang 300 mA cm−2 ri uji jangka lantang, massing-massing. Data mentah untuk be nipasadiai salaku file data mentah.
Na, sangkamma ni cini' ri gambara 6c, NiV-LDH-NS pada dasarna ampaentengi FE baji' (83% sanggenna 61%) ri densitas arus tinggi (200 sanggenna 500 mA cm-2), sa'genna akkullei na pa'pilajari produktivitas AA (1031 sanggenna 1900 μmol cm-2 h-1). Na, 0,8% bawang anion asam adipat ni cini' ri kompartemen katoda ribokoangna elektrolisis, a'nassai angkua transisi sikloheksanon anre' na signifikan ri kasusna ikatte (Gambar Tambahan 35). Sikontutojenna, siagang tingka' pa'naikanna arus yang sama, FE AA ri Ni(OH)2-NS naung battu ri 61% mange ri 34%, na anre' na'kulle ampa'jari susai produktivitas AA (762 mange ri 1050 μmol cm-2 h-1). Khususna, kinerja AA sanna' sike'de'na ancuru' lanri persaingan kuat battu ri OER, siagang kamma tomminjo FE AA ancuru' sanna' lanri pila' katambangna densitas arus (battu ri 200 sa'genna 250 mA cm−2, Gambar Tambahan 5). Situru pangngassengangta, wassele katalitik ammake MEA siagang katalis NiV-LDH-NS signifikan labbiangngangi kinerja reaktor aliran lebba ni laporo siagang katalis berbasis Ni (Tabel Tambahan 2). Nampa pole, sangkamma ni cini' ri gambara 6d, NiV-LDH-NS ampa'piitteangi keuntungang signifikan ri sesena kepadatan arus, tegangan sel, siagang FE AA nibandingkan siagang katalis berbasis Co kaminang baji', iamintu, Co3O4 (Co3O4/GDY)17 yang didukung graphene. Nampa pole, niparessai konsumsi energi produksi AA siagang nipa'piitteang angkua konsumsi AA sanna' tunana, 2,4 W h gAA-1 bawang ri kepadatan arus 300 mA cm-2 siagang tegangan sel 1,76 V (perhitungan rinci niaki ri Catatan Tambahan 1). Punna nipasibandingi siagang wassele kaminang baji 4,1 W h gAA-1 untuk Co3O4/GDY ni laporo riolo, konsumsi energi untuk produksi AA ri jama-jamangta ni kurangi 42% siagang produktivitasna nitambai 4 kali (1536 vs. 319 μmol cm-2 h-1)17.
Stabilitas katalis NiV-LDH-NS untuk produksi AA jangka panjang di MEA dievaluasi pada kepadatan arus 200 dan 300 mA cm-2, masing-masing (Gambar 6e). Nasaba OH− nikanre labbi linta ri densitas arus tinggi, laju pembaharuan elektrolit ri 300 mA cm-2 labbi tinggi naia ri 200 mA cm-2 (ciniki subbagiang “Pangukurang elektrokimia” untuk rincianna). Ri kepadatan arus 200 mA cm-2, efisiensi COR rata-rata 93% ri 6 h maka se're, nampa sike'de' naung mange ri 81% ribokoangna 60 h, sementara tegangan sel sike'de' nai' 7% (battu ri 1,62 V mange ri 1,73 V), a'nassai stabilitas baji'. siagang densitas arus nai' mange ri 300 mA cm−2, efisiensi AA anre' na'kulle nipinra (naung battu ri 85% mange ri 72%), mingka tegangan sel nai' signifikan (battu ri 1,71 mange ri 2,09 V, sicoco' siagang 22%) ilalang uji 46-h (Gambara 6). Ikatte a'pikkiri angkua alasang poko'na degradasi kinerja iamintu korosi membran pertukaran anion (AEM) ri sikloheksanon, na anjari pa'naikanna resistensi sel siagang tegangan sel elektroliser (Gambar Tambahan 36), ni iringi siagang kebocoran elektrolit sike'de' battu ri anoda mange ri katoda, na anjari panra'na volume siagang anoly elektrolisis. Nampa pole, panra'na FE AA akkulle tongi nasaba' panra'na katalis, na antulungi pa'bukka'na busa Ni untuk OER. Untu' ampa'piitteangi dampakna AEM korosi ri degradasi stabilitas ri 300 mA cm−2, ni ganti siagang AEM beru ribokoangna 46 h elektrolisis. Sangkamma ni harapkan, efisiensi katalitik sanna'mi ni pa'jari ammotere', siagang tegangan sel sanna'mi naung mange ri nilai pammulangna (battu ri 2,09 mange ri 1,71 V) nampa pila' katambangi sike'de' lalang 12 h elektrolisis ribokoangna (battu ri 1,71 mange ri 1,79 V, pila' katambangi 5%; gambara 6e).
Sikontu-kontuna, akkullei nigappa 60 h stabilitas produksi AA tulusu ri kepadatan arus 200 mA cm−2, a'nassai angkua FE siagang tegangan sel AA niparakai baji'. Ikatte to'ji ancobai densitas arus tinggi 300 mA cm−2 siagang narapi stabilitas keseluruhan 58 h, na ganti AEM siagang AEM beru ribokoangna 46 h. Studi ri dallekang ampa'piitteangi stabilitas katalis siagang ampa'piitteangi sanna' paralluna pa'bakka'na AEM tinggi daya ri allo riboko untu' ampa'pilajari stabilitas jangka lantangna MEA untu' produksi AA tulusu' ri kepadatan arus ideal industri.
Situru pa'gaukang MEA ta, kipa'nassai proses produksi AA lengkap antama' tongi pa'kanreang substrat, elektrolisis, netralisasi, siagang unit pemisahan (Gambar Tambahan 37). Analisis kinerja pammulang nigaukangi untu' ansalidiki kelayakan ekonomi sistem ammake modele produksi karboksilat elektrokatalitik elektrolit alkali55. Ri anne passalaka, ongkoso antama tongi modala, operasi, siagang bahan (Gbr. 7a siagang Gambar Tambahan 38), siagang pa'danggangang battu ri produksi AA siagang H2. Hasil TEA ampa'piitteangi angkua ilalang kondisi operasi ikatte (kepadatan arus 300 mA cm-2, tegangan sel 1,76 V, FE 82%), total biaya siagang pendapatan iamintu US$2429 siagang US$2564, massing-massing, a'jari laba bersih US$135 per ton AA ni pa'jari (ciniki Catatan Tambahan 9 untuk rincian).
a Total biaya proses elektrokimia AA ri skenario kasus dasar siagang FE 82%, kepadatan arus 300 mA cm−2, siagang tegangan sel 1,76 V. Analisis sensitivitas tallu biaya untuk b FE siagang c kepadatan arus. Ri analisis sensitivitas, parameter yang dipelajari hanya divariasikan dan parameter lainnya dijaga konstan berdasarkan model TEA. d Pangngaru FE siagang kepadatan arus yang berbeda pada keuntungan elektrosintesis AA dan keuntungan menggunakan Ni(OH)2-NS dan NiV-LDH-NS, dengan asumsi bahwa tegangan sel dijaga konstan pada 1,76 V. Data input untuk a–d diberikan dalam file data mentah.
Ri sesena anne premis, ikatte amparessai pole dampakna FE siagang kepadatan arus ri profitabilitas elektrosintesis AA. Ikatte anggappai angkua profitabilitasna sanna' sensitifna ri FE AA, nasaba' panra'na FE a'kulle a'jari pa'naikanna biaya operasional, sa'genna sanna' pa'naikanna ongkoso'na (Gambara 7b). Ri sesena kepadatan arus, kepadatan arus tinggi (>200 mA cm-2) nabantui ampakurangi ongkoso modala siagang ongkoso pambangunang pabere, terutama lanri nakurangi area sel elektrolitik, sa'genna a'kulle a'sare kontribusi ri pa'naikanna keuntungan (Gambara 7c). Punna nipasibandingi siagang kepadatan kamma kammayya anne, FE nia dampakna labbi signifikan ri keuntungan. Ri sesena ampa'nassai dampakna FE siagang kepadatan arus ri keuntungan, sanna' singara'na nicini' antekamma paralluna ampa'gannaki FE tinggi (>60%) ri kepadatan arus relevan industri (>200 mA cm-2) untu' ampa'tantui keuntungan. Lanri tinggina nilai FE AA, sistem reaksi siagang NiV-LDH-NS salaku katalis tuli baji ri kisaran 100-500 mA cm−2 (titik pentagram; Gambar 7d). Mingka, untuk Ni(OH)2-NS, nakurangi FE ri densitas arus tinggi (>200 mA cm−2) a'jari wassele' anre' na baji' (lingkaran; Gambar 7d), ampa'nassai pentingna katalis siagang FE tinggi ri densitas arus tinggi.
Ri tambanganna pentingna katalis ri laleng angngurangi modala siagang ongkoso operasional, penilaiang TEA ikatte ampa'nassai angkua profitabilitas akkullei pila' ni pa'pilajari lalang rua cara. maka se'rena iamintu a'balu' kalium sulfat (K2SO4) ri pasara salaku produk sampingan unit netralisasi, mingka siagang potensi pendapatan US$828/t AA-1 (Catatan Tambahan 9). maka ruaya iamintu a'optimalkan teknologi pemrosesan, termasuk daur ulang bahan atau pengembangan teknologi pemisahan AA yang lebih hemat biaya (alternatif untuk unit netralisasi dan pemisahan). Proses netralisasi asam-basa yang digunakan saat ini dapat menghasilkan biaya bahan yang tinggi (yang mengambangkan bagian terbesar pada 85,3%), dari mana 94% adalah karena sikloheksanon dan KOH ($2069/t AA-1; Gambar 7a), tetapi seperti yang disebutkan di atas, prosesnya tetap menguntungkan secara keseluruhan. Ikatte assarei saran angkua ongkoso bahan akkullei ni kurangi pole siagang cara yang lebih canggih untuk pemulihan KOH siagang sikloheksanon yang tidak bereaksi, pappada elektrodialisis untuk pemulihan lengkap KOH14 (perkiraan biaya US$1073/t AA-1 melalui elektrodialisis; Catatan Tambahan 9).
Ri pa'pau singkamma, akkullei nigappa efisiensi tinggi elektrolisis atom aluminium ri tinggina kepadatan arus siagang antama V ri Ni(OH)2 nanosheets. Ri tangnga-tangngana rentang potensial 1,5-1,9 VRHE siagang kepadatan arus tinggi 170 mA cm-2, AA FE ri NiV-LDH-NS narapi 83-88%, sementara OER secara efektif ni tekan mange ri 3%. Modifikasi V na promosikan reduksi Ni2+ mange ri Ni3+x siagang na paentengi adsorpsi sikloheksanon. Data eksperimental siagang teoritis ampa'piitteangi angkua rekonstruksi ni stimulasi natambai densitas arus untuk oksidasi sikloheksanon siagang napinra RDS COR battu ri rekonstruksi mange ri dehidrogenasi antama'i Cα − H scission, sementara adsorpsi sikloheksanon ni tambai na tekan OER. Pa'bakkakanna MEA narapi'i produksi AA tulusu' ri arus industri 300 mA cm−2, efisiensi AA rekor 82%, siagang produktivitas 1536 μmol cm−2 h−1. Tes 50-jam ampa'piitteangi angkua NiV-LDH-NS nia' stabilitas baji'na nasaba' akkullei ampaentengi AA FE tinggi ri MEA (> 80% untuk 60 jam ri 200 mA cm−2; > 70% untuk 58 jam ri 300 mA cm−2). Parallui ni issengi angkua rie' parallua nipaenteng AEM yang labbi gassinga untu' ampa'gannaki stabilitas jangka lantang ri kepadatan arus ideal industri. Nampa pole, TEA na sorongi keuntungan ekonomi strategi reaksi untuk produksi AA siagang pentingna katalis berkinerja tinggi siagang teknologi pemisahan canggih untuk ampakurangi ongkoso.