nature.com ପରିଦର୍ଶନ କରିବା ପାଇଁ ଆପଣଙ୍କୁ ଧନ୍ୟବାଦ। ଆପଣ ବ୍ୟବହାର କରୁଥିବା ବ୍ରାଉଜର ସଂସ୍କରଣରେ ସୀମିତ CSS ସମର୍ଥନ ଅଛି। ସର୍ବୋତ୍ତମ ଅଭିଜ୍ଞତା ପାଇଁ, ଆମେ ଏକ ନୂତନ ବ୍ରାଉଜର ବ୍ୟବହାର କରିବାକୁ ସୁପାରିଶ କରୁଛୁ (କିମ୍ବା ଇଣ୍ଟରନେଟ୍ ଏକ୍ସପ୍ଲୋରରରେ ସୁସଙ୍ଗତତା ମୋଡ୍ ଅକ୍ଷମ କରିବାକୁ)। ଏହି ସମୟ ମଧ୍ୟରେ, ନିରନ୍ତର ସମର୍ଥନ ସୁନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ସାଇଟ୍‌କୁ ଷ୍ଟାଇଲ୍ ଏବଂ JavaScript ବିନା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିବୁ।
CA ତେଲ (ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋଲର ମିଶ୍ରଣ) ରୁ ଆଡିପିକ୍ ଏସିଡ୍ (ନାଇଲନ୍ 66 ର ଏକ ପୂର୍ବବର୍ତ୍ତୀ) ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋସିନ୍ଥେସିସ୍ ଏକ ସ୍ଥାୟୀ ରଣନୀତି ଯାହା କଠୋର ପରିସ୍ଥିତି ଆବଶ୍ୟକ କରୁଥିବା ପାରମ୍ପରିକ ପଦ୍ଧତିଗୁଡ଼ିକୁ ବଦଳାଇପାରେ। ତଥାପି, ନିମ୍ନ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା ଏବଂ ପ୍ରତିଯୋଗିତାମୂଳକ ଅମ୍ଳଜାନ ବିବର୍ତ୍ତନ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଏହାର ଶିଳ୍ପ ପ୍ରୟୋଗଗୁଡ଼ିକୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ସୀମିତ କରେ। ଏହି କାର୍ଯ୍ୟରେ, ଆମେ ଭାନାଡିୟମ୍ ସହିତ ନିକେଲ ଡବଲ୍ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସାଇଡ୍ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରି ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତାକୁ ବୃଦ୍ଧି କରୁ ଏବଂ ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପରିସର (1.5–1.9 V ବନାମ ପ୍ରତିବର୍ତ୍ତୀୟ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍) ଉପରେ ଉଚ୍ଚ ଫାରାଡାଇକ୍ ଦକ୍ଷତା (>80%) ବଜାୟ ରଖୁ। ପରୀକ୍ଷାମୂଳକ ଏବଂ ତାତ୍ତ୍ୱିକ ଅଧ୍ୟୟନ V ପରିବର୍ତ୍ତନର ଦୁଇଟି ପ୍ରମୁଖ ଭୂମିକା ପ୍ରକାଶ କରିଛି, ଯେଉଁଥିରେ ତ୍ୱରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ଏବଂ ଉନ୍ନତ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଶୋଷଣ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ଧାରଣାର ପ୍ରମାଣ ସ୍ୱରୂପ, ଆମେ ଏକ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଆସେମ୍ବଲି ନିର୍ମାଣ କରିଥିଲୁ ଯାହା ଶିଳ୍ପଗତ ଭାବରେ ପ୍ରାସଙ୍ଗିକ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା (300 mA cm-2) ରେ ଉଚ୍ଚ ଫାରାଡାଇକ୍ ଦକ୍ଷତା (82%) ଏବଂ ଉତ୍ପାଦକତା (1536 μmol cm-2 h-1) ସହିତ ଆଡିପିକ୍ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନ କରିଥିଲା, ସ୍ଥିରତା >50 h ହାସଲ କରିଥିଲା। ଏହି କାର୍ଯ୍ୟ ଉଚ୍ଚ ଉତ୍ପାଦକତା ଏବଂ ଶିଳ୍ପ ସମ୍ଭାବନା ସହିତ ଆଡିପିକ୍ ଏସିଡ୍ ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋସିନ୍ଥେସିସ୍ ପାଇଁ ଏକ ଦକ୍ଷ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ।
ଆଡିପିକ୍ ଏସିଡ୍ (AA) ହେଉଛି ସବୁଠାରୁ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଆଲିଫାଟିକ୍ ଡାଇକାର୍ବୋକ୍ସିଲିକ୍ ଏସିଡ୍ ମଧ୍ୟରୁ ଗୋଟିଏ ଏବଂ ଏହା ମୁଖ୍ୟତଃ ନାଇଲନ୍ 66 ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ପଲିଆମାଇଡ୍ କିମ୍ବା ପଲିମର 1 ଉତ୍ପାଦନରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ଶିଳ୍ପ ଦୃଷ୍ଟିରୁ, AA ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋଲ୍ ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ (ଅର୍ଥାତ୍ AA ତେଲ) ର ମିଶ୍ରଣକୁ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ କରି ସଂଶ୍ଳେଷିତ କରାଯାଏ ଯାହା 50-60 ଭୋଲ% ନାଇଟ୍ରିକ୍ ଏସିଡ୍ କୁ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ ଏଜେଣ୍ଟ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରିଥାଏ। ଏହି ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ ଘନୀଭୂତ ନାଇଟ୍ରିକ୍ ଏସିଡ୍ ଏବଂ ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍ ଅକ୍ସାଇଡ୍ (N2O ଏବଂ NOx) କୁ ଗ୍ରୀନହାଉସ୍ ଗ୍ୟାସ୍ ଭାବରେ ନିର୍ଗମନ ସହିତ ଜଡିତ ପରିବେଶଗତ ଚିନ୍ତା ରହିଛି 2,3। ଯଦିଓ H2O2 କୁ ଏକ ବିକଳ୍ପ ସବୁଜ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ ଏଜେଣ୍ଟ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇପାରିବ, ଏହାର ଉଚ୍ଚ ମୂଲ୍ୟ ଏବଂ କଠୋର ସଂଶ୍ଳେଷଣ ପରିସ୍ଥିତି ଏହାକୁ ବ୍ୟବହାରିକ ଭାବରେ ପ୍ରୟୋଗ କରିବା କଷ୍ଟକର କରିଥାଏ, ଏବଂ ଏକ ଅଧିକ ମୂଲ୍ୟ-ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଏବଂ ସ୍ଥାୟୀ ପଦ୍ଧତି ଆବଶ୍ୟକ 4,5,6।
ଗତ ଦଶନ୍ଧି ଧରି, ନବୀକରଣୀୟ ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହାର ଏବଂ ହାଲୁକା ପରିସ୍ଥିତି (ଯଥା, କୋଠରୀ ତାପମାତ୍ରା ଏବଂ ପରିବେଶ ଚାପ) 7,8,9,10 ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିବାର ସୁବିଧା ଯୋଗୁଁ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଉତ୍ତାଳିକ ରାସାୟନିକ ଏବଂ ଇନ୍ଧନ ସଂଶ୍ଳେଷଣ ପଦ୍ଧତିଗୁଡ଼ିକ ବୈଜ୍ଞାନିକମାନଙ୍କଠାରୁ ଅଧିକ ଧ୍ୟାନ ଆକର୍ଷଣ କରିଛି। ଏହି ପରିପ୍ରେକ୍ଷୀରେ, ଉପରୋକ୍ତ ସୁବିଧାଗୁଡ଼ିକ ପାଇବା ସହିତ ପାରମ୍ପରିକ ଉତ୍ପାଦନରେ ସମ୍ମୁଖୀନ ହେଉଥିବା ନାଇଟ୍ରିକ୍ ଏସିଡ୍ ଏବଂ ନାଇଟ୍ରସ୍ ଅକ୍ସାଇଡ୍ ନିର୍ଗମନର ବ୍ୟବହାରକୁ ଦୂର କରିବା ପାଇଁ KA ତେଲର AA ରେ ବିଦ୍ୟୁତ ଉତ୍ତାଳିକ ରୂପାନ୍ତରର ବିକାଶ ଅତ୍ୟନ୍ତ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ (ଚିତ୍ର 1a)। ପେଟ୍ରୋସାୟାନ୍ ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ ଏହି ଅଗ୍ରଣୀ କାର୍ଯ୍ୟ କରିଥିଲେ, ଯେଉଁମାନେ ନିକେଲ୍ ଅକ୍ସିହାଇଡ୍ରକ୍ସାଇଡ୍ (NiOOH) ଉପରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ (COR; ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ କିମ୍ବା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋଲ୍ କୁ KA ତେଲ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରୁଥିବା ଭାବରେ ସାଧାରଣତଃ ଅଧ୍ୟୟନ କରାଯାଇଛି) ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକତ୍ଲାଟିକ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ରିପୋର୍ଟ କରିଥିଲେ, କିନ୍ତୁ କମ୍ ବିଦ୍ୟୁତ ଘନତା (6 mA cm-2) ଏବଂ ମଧ୍ୟମ AA ଉତ୍ପାଦନ (52%) ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇଥିଲା 11,12। ସେବେଠାରୁ, COR କାର୍ଯ୍ୟକଳାପକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ ନିକେଲ-ଆଧାରିତ ଉତ୍ତାଳିକ ବିକାଶରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଅଗ୍ରଗତି ହୋଇଛି। ଉଦାହରଣ ସ୍ୱରୂପ, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋଲ13 ରେ Cα–Cβ କ୍ଲିଭେଜକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ତମ୍ବା-ଡୋପ୍ଡ ନିକେଲ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସାଇଡ୍ (Cu-Ni(OH)2) ଉତ୍ପ୍ରକାଶକକୁ ସଂଶ୍ଳେଷିତ କରାଯାଇଥିଲା। ଆମେ ସମ୍ପ୍ରତି ଏକ ଜଳଫୋବିକ୍ ସୂକ୍ଷ୍ମ ପରିବେଶ ସୃଷ୍ଟି କରିବା ପାଇଁ ସୋଡିୟମ୍ ଡୋଡେସିଲ୍ ସଲଫୋନେଟ୍ (SDS) ସହିତ ପରିବର୍ତ୍ତିତ ଏକ Ni(OH)2 ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ରିପୋର୍ଟ କରିଛୁ ଯାହା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ14 କୁ ସମୃଦ୍ଧ କରିଥାଏ।
a KA ତେଲର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଅକ୍ସିଡେସନ୍ ଦ୍ୱାରା AA ଉତ୍ପାଦନର ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜ। b ପୂର୍ବରୁ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା Ni-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଏବଂ ତିନି-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସିଷ୍ଟମ ଏବଂ ପ୍ରବାହ ବ୍ୟାଟେରୀ ସିଷ୍ଟମରେ ଆମର ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ COR ତୁଳନା 11,13,14,16,26। ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପାରାମିଟର ଏବଂ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ବିଷୟରେ ବିସ୍ତୃତ ସୂଚନା ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 1 ଏବଂ 2 ରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି। c H-କୋଷ ରିଆକ୍ଟର ଏବଂ MEA ରେ COR ପାଇଁ ଆମର NiV-LDH-NS ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା, ଯାହା ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପରିସର ଉପରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ।
ଯଦିଓ ଉପରୋକ୍ତ ପଦ୍ଧତିଗୁଡ଼ିକ COR କାର୍ଯ୍ୟକଳାପକୁ ଉନ୍ନତ କରିଥିଲା, ବର୍ଣ୍ଣିତ Ni-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକମାନେ କେବଳ ତୁଳନାତ୍ମକ ଭାବରେ କମ୍ ସମ୍ଭାବନାରେ ଉଚ୍ଚ AA ଫାରାଡେ ଦକ୍ଷତା (FE) (>80%) ଦେଖାଇଥିଲେ, ସାଧାରଣତଃ ପ୍ରତିବର୍ତ୍ତନୀୟ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ (RHE, ସଂକ୍ଷିପ୍ତ VRHE) ତୁଳନାରେ 1.6 V ତଳେ। ତେଣୁ, AA ର ​​ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା ଆଂଶିକ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱ (ଅର୍ଥାତ୍, FE ଦ୍ୱାରା ଗୁଣିତ ମୋଟ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱ) ସର୍ବଦା 60 mA cm−2 ତଳେ (ଚିତ୍ର 1b ଏବଂ ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 1)। ନିମ୍ନ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱ ଶିଳ୍ପ ଆବଶ୍ୟକତା (>200 mA cm−2)15 ଠାରୁ ବହୁତ କମ୍, ଯାହା ଉଚ୍ଚ-ଥ୍ରୁପୁଟ୍ AA ସଂଶ୍ଳେଷଣ ପାଇଁ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଉତ୍କୃଷ୍ଟକାରୀ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାକୁ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ବାଧା ଦିଏ (ଚିତ୍ର 1a; ଶୀର୍ଷ)। ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ, ଏକ ଅଧିକ ସକାରାତ୍ମକ ସମ୍ଭାବନା (ତିନି-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସିଷ୍ଟମ ପାଇଁ) କିମ୍ବା ଏକ ଉଚ୍ଚ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ (ଦୁଇ-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସିଷ୍ଟମ ପାଇଁ) ପ୍ରୟୋଗ କରାଯାଇପାରିବ, ଯାହା ଅନେକ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଉତ୍କୃଷ୍ଟକାରୀ ପରିବର୍ତ୍ତନ ପାଇଁ ଏକ ସରଳ ପଦ୍ଧତି, ବିଶେଷକରି ଅମ୍ଳଜାନ ବିବର୍ତ୍ତନ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା (OER)। ତଥାପି, ଉଚ୍ଚ ଆନୋଡିକ୍ ପୋଟେନସିଆଲ୍‌ରେ COR ପାଇଁ, OER AA ର ​​FE ହ୍ରାସ କରିବାରେ ଏକ ପ୍ରମୁଖ ପ୍ରତିଦ୍ୱନ୍ଦ୍ୱୀ ହୋଇପାରେ, ଯାହାଦ୍ୱାରା ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତା ହ୍ରାସ ପାଇଥାଏ (ଚିତ୍ର 1a; ତଳ)। ଉଦାହରଣ ସ୍ୱରୂପ, ପୂର୍ବ ପ୍ରଗତି (ଚିତ୍ର 1b ଏବଂ ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 1) ସମୀକ୍ଷା କରିବା ସମୟରେ, ଆମେ ଏହା ଜାଣି ନିରାଶ ହୋଇଥିଲୁ ଯେ SDS-ପରିବର୍ତ୍ତିତ Ni(OH)2 ରେ AA ର ​​FE 93% ରୁ 76% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଛି ଯାହା ପ୍ରୟୋଗିତ ପୋଟେନସିଆଲ୍‌କୁ 1.5 VRHE ରୁ 1.7 VRHE14 କୁ ବୃଦ୍ଧି କରିଛି, ଯେତେବେଳେ CuxNi1-x(OH)2/CF ରେ AA ର ​​FE 93% ରୁ 69% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଛି ଯାହା ସହିତ ସମ୍ଭାବ୍ୟତା 1.52 VRHE ରୁ 1.62 VRHE16 କୁ ବୃଦ୍ଧି କରିଛି। ତେଣୁ, AA ର ​​ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା ଆଂଶିକ କରେଣ୍ଟ ଘନତା ଉଚ୍ଚ ପୋଟେନସିଆଲ୍‌ରେ ଆନୁପାତିକ ଭାବରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଏ ନାହିଁ, ଯାହା AA କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାର ଉନ୍ନତିକୁ ମୁଖ୍ୟତଃ ସୀମିତ କରେ, AA ର ​​କମ FE ଯୋଗୁଁ ଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହାରକୁ ଉଲ୍ଲେଖ ନକରି। ନିକେଲ-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟତୀତ, କୋବାଲ୍ଟ-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକମାନେ COR17,18,19 ରେ ମଧ୍ୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ ଦେଖାଇଛନ୍ତି। ତଥାପି, ଉଚ୍ଚ ସମ୍ଭାବନାରେ ସେମାନଙ୍କର ଦକ୍ଷତା ହ୍ରାସ ପାଏ, ଏବଂ Ni-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ତୁଳନାରେ, ସେମାନଙ୍କର ଶିଳ୍ପ ପ୍ରୟୋଗରେ ଅଧିକ ସମ୍ଭାବନା ସୀମା ରହିଛି, ଯେପରିକି ଅଧିକ ମୂଲ୍ୟ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଏବଂ ଛୋଟ ଇନଭେଣ୍ଟରୀ। ତେଣୁ, ଉଚ୍ଚ AA ଉତ୍ପାଦନ ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ଏହାକୁ ବ୍ୟବହାରିକ କରିବା ପାଇଁ COR ରେ ଉଚ୍ଚ କରେଣ୍ଟ ଘନତା ଏବଂ FE ସହିତ Ni-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବିକଶିତ କରିବା ବାଞ୍ଛନୀୟ।
ଏହି କାର୍ଯ୍ୟରେ, ଆମେ ଭାନାଡିୟମ୍ (V)-ପରିବର୍ତ୍ତିତ ନିକେଲ ସ୍ତରଯୁକ୍ତ ଡବଲ୍ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସାଇଡ୍ ନାନୋସିଟ୍ (NiV-LDH-NS) କୁ COR ମାଧ୍ୟମରେ AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ ଦକ୍ଷ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକଟାଲିଷ୍ଟ ଭାବରେ ରିପୋର୍ଟ କରୁଛୁ, ଯାହା ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ଦମନ କରାଯାଇଥିବା OER ସହିତ ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପରିସର ଉପରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ, H-କୋଷ ଏବଂ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଆସେମ୍ବଲି (MEAs; ଚିତ୍ର 1 b) ଉଭୟରେ ଉଚ୍ଚ FE ଏବଂ କରେଣ୍ଟ ଘନତା ହାସଲ କରେ। ଆମେ ପ୍ରଥମେ ଦେଖାଉଛୁ ଯେ ଏକ ସାଧାରଣ Ni(OH)2 ନାନୋସିଟ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ (Ni(OH)2-NS) ଉପରେ ଆସିଟିଲିନ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ଦକ୍ଷତା ଆଶା ଅନୁଯାୟୀ, ଉଚ୍ଚ ବିଭାଜନରେ 1.5 VRHE ରେ 80% ରୁ 1.9 VRHE ରେ 42% କୁ ହ୍ରାସ ପାଏ। ତୀକ୍ଷ୍ଣ ବିପରୀତରେ, Ni(OH)2 କୁ V ସହିତ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିବା ପରେ, NiV-LDH-NS ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ବିଭାଜନରେ ଉଚ୍ଚ ବିଭାଜନ ଘନତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା ​​ଏବଂ ଅଧିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ, ଏକ ବିସ୍ତୃତ ବିଭାଜନ ପରିସର ଉପରେ ଉଚ୍ଚ FE ବଜାୟ ରଖିଥିଲା। ଉଦାହରଣ ସ୍ୱରୂପ, 1.9 VRHE ରେ, ଏହା 170 mA cm−2 ର ଏକ କରେଣ୍ଟ ଘନତା ଏବଂ 83% FE ଦେଖାଇଲା, ଯାହା ତିନି-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସିଷ୍ଟମରେ COR ପାଇଁ ଏକ ଅଧିକ ଅନୁକୂଳ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ (ଚିତ୍ର 1c ଏବଂ ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 1)। ପରୀକ୍ଷାମୂଳକ ଏବଂ ତାତ୍ତ୍ୱିକ ତଥ୍ୟ ସୂଚିତ କରେ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ Ni(OH)2 ରୁ ଉଚ୍ଚ-ଭାଲେଣ୍ଟ Ni ଅକ୍ସିହାଇଡ୍ରକ୍ସାଇଡ୍ (Ni3+xOOH1-x) କୁ ହ୍ରାସ ଗତିବିଧିକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରେ, ଯାହା COR ପାଇଁ ସକ୍ରିୟ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ। ଅଧିକନ୍ତୁ, V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଶୋଷଣକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିଥିଲା, ଯାହା ଉଚ୍ଚ ଆନୋଡିକ୍ ପୋଟେନସିଆଲ୍ସରେ OER କୁ ଦମନ କରିବାରେ ଏକ ପ୍ରମୁଖ ଭୂମିକା ଗ୍ରହଣ କରିଥିଲା। ଏକ ଅଧିକ ବାସ୍ତବବାଦୀ ପରିସ୍ଥିତିରେ NiV-LDH-NS ର ସମ୍ଭାବନା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଏକ MEA ପ୍ରବାହ ରିଆକ୍ଟର ଡିଜାଇନ୍ କରିଥିଲୁ ଏବଂ ଏକ ଶିଳ୍ପଗତ ଭାବରେ ପ୍ରାସଙ୍ଗିକ କରେଣ୍ଟ ଘନତା (300 mA cm−2) ରେ AA (82%) ର FE ଦେଖାଇଥିଲୁ, ଯାହା ଏକ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ପ୍ରବାହ ରିଆକ୍ଟର (ଚିତ୍ର 1b ଏବଂ ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 2) ରେ ଆମର ପୂର୍ବ ଫଳାଫଳ ଅପେକ୍ଷା ଯଥେଷ୍ଟ ଅଧିକ। AA (1536 μmol cm−2 h−1) ର ଅନୁରୂପ ଉତ୍ପାଦନ ତାପଜ ଉତ୍କର୍ଷକ ପ୍ରକ୍ରିୟା (<30 mmol gcatalyst−1 h−1)4 ବ୍ୟବହାର କରି ପ୍ରାପ୍ତ ତୁଳନାରେ ଆହୁରି ଅଧିକ ଥିଲା। ଏହା ବ୍ୟତୀତ, ଉତ୍ପ୍ରେରକ MEA ବ୍ୟବହାର କରିବା ସମୟରେ ଭଲ ସ୍ଥିରତା ଦେଖାଇଥିଲା, 200 mA cm−2 ରେ 60 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ FE >80% AA ଏବଂ 300 mA cm−2 ରେ 58 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ FE >70% AA ବଜାୟ ରଖିଥିଲା। ଶେଷରେ, ଏକ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ସମ୍ଭାବ୍ୟତା ଅଧ୍ୟୟନ (FEA) AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ ରଣନୀତିର ମୂଲ୍ୟ-ପ୍ରଭାବଶାଳୀତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା।
ପୂର୍ବ ସାହିତ୍ୟ ଅନୁସାରେ, Ni(OH)2 ହେଉଛି ଏକ ସାଧାରଣ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଯାହା COR ପାଇଁ ଭଲ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ ଦେଖାଏ, ତେଣୁ Ni(OH)2-NS13,14 ପ୍ରଥମ ଥର ପାଇଁ କୋପ୍ରେସିପେଟସନ୍ ପଦ୍ଧତି ମାଧ୍ୟମରେ ସଂଶ୍ଳେଷିତ ହୋଇଥିଲା। ନମୁନାଗୁଡ଼ିକ β-Ni(OH)2 ଗଠନ ଦେଖାଇଥିଲା, ଯାହା ଏକ୍ସ-ରେ ବିବର୍ତ୍ତନ (XRD; ଚିତ୍ର 2a) ଦ୍ୱାରା ନିଶ୍ଚିତ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଅଲ୍ଟ୍ରା-ପତଳା ନାନୋସିଟ୍ (ଘନତା: 2–3 nm, ପାର୍ଶ୍ଵ ଆକାର: 20–50 nm) ଉଚ୍ଚ-ରିଜୋଲ୍ୟୁସନ୍ ଟ୍ରାନ୍ସମିସନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (HRTEM; ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 1) ଏବଂ ଆଣବିକ ବଳ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (AFM) ମାପ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 2) ଦ୍ୱାରା ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା। ସେମାନଙ୍କର ଅଲ୍ଟ୍ରା-ପତଳା ପ୍ରକୃତି ଯୋଗୁଁ ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ଏକତ୍ରୀକରଣ ମଧ୍ୟ ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା।
Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ଏକ ଏକ୍ସ-ରେ ବିବର୍ତ୍ତନ ଢାଞ୍ଚା। ବିଭିନ୍ନ ବିଭବରେ b Ni(OH)2-NS ଏବଂ c NiV-LDH-NS ଉପରେ FE, ଥ୍ରୁପୁଟ୍, ଏବଂ AA କରେଣ୍ଟ ଘନତା। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ସମାନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟବହାର କରି ତିନୋଟି ସ୍ୱାଧୀନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। d NV-LDH-NS ର HRTEM ପ୍ରତିଛବି। ସ୍କେଲ୍ ବାର୍: 20 nm। NiV-LDH-NS ର HAADF-STEM ପ୍ରତିଛବି ଏବଂ Ni (ସବୁଜ), V (ହଳଦିଆ), ଏବଂ O (ନୀଳ) ର ବଣ୍ଟନ ଦେଖାଉଥିବା ଅନୁରୂପ ମୌଳିକ ମାନଚିତ୍ର। ସ୍କେଲ୍ ବାର୍: 100 nm। f Ni 2p3/2, g O 1 s, ଏବଂ h V 2p3/2 Ni(OH)2-NS (ଉପର) ଏବଂ NiV-LDH-NS (ତଳ) ର XPS ତଥ୍ୟ। i FE ଏବଂ j ହେଉଛି 7 ଚକ୍ରରେ ଦୁଇଟି ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଉପରେ AA ପ୍ରଦର୍ଶନ। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ସମାନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟବହାର କରି ତିନୋଟି ସ୍ୱାଧୀନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ ଏବଂ 10% ମଧ୍ୟରେ ଥାଏ। କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଫାଇଲଗୁଡ଼ିକରେ a–c ଏବଂ f–j ପାଇଁ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି।
ତା'ପରେ ଆମେ COR ଉପରେ Ni(OH)2-NS ର ପ୍ରଭାବ ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କଲୁ। ସ୍ଥିର ବିଭବତା ବିଦ୍ୟୁତ୍ ବିଶ୍ଳେଷଣ ବ୍ୟବହାର କରି, ଆମେ OER ବିନା କମ ବିଭବତା (1.5 VRHE) ରେ 80% FE AA ପାଇଲୁ (ଚିତ୍ର 2b), ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ COR କମ ଆନୋଡିକ୍ ବିଭବତାରେ OER ଅପେକ୍ଷା ଶକ୍ତିଶାଳୀ ଭାବରେ ଅଧିକ ଅନୁକୂଳ। ମୁଖ୍ୟ ଉପ-ଉତ୍ପାଦ ଗ୍ଲୁଟାରିକ୍ ଏସିଡ୍ (GA) ଭାବରେ 3% FE ସହିତ ମିଳିଲା। HPLC ଦ୍ୱାରା ସକ୍ସିନିକ୍ ଏସିଡ୍ (SA), ମାଲୋନିକ୍ ଏସିଡ୍ (MA), ଏବଂ ଅକ୍ସାଲିକ୍ ଏସିଡ୍ (OA) ର ଟ୍ରେସ୍ ପରିମାଣର ଉପସ୍ଥିତି ମଧ୍ୟ ପରିମାଣିତ ହୋଇଥିଲା (ଉତ୍ପାଦ ବଣ୍ଟନ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 3 ଦେଖନ୍ତୁ)। ଉତ୍ପାଦରେ କୌଣସି ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଚିହ୍ନଟ ହୋଇନଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇ ଦିଏ ଯେ କାର୍ବୋନେଟ୍ C1 ଉପ-ଉତ୍ପାଦ ଭାବରେ ଗଠିତ ହୋଇପାରେ। ଏହି ପରିକଳ୍ପନା ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ, 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣରୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଏସିଡିଫାଇଡ୍ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ ଗ୍ୟାସୀୟ ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକୁ Ca(OH)2 ଦ୍ରବଣ ମାଧ୍ୟମରେ ପଠାଯାଇଥିଲା। ଫଳସ୍ୱରୂପ, ଦ୍ରବଣଟି ଅସ୍ଥିର ହୋଇଗଲା, ଯାହା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇସିସ୍ ପରେ କାର୍ବୋନେଟ୍ ଗଠନକୁ ନିଶ୍ଚିତ କରିଥିଲା। ତଥାପି, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ ସୃଷ୍ଟି ହେଉଥିବା ମୋଟ ବିଦ୍ୟୁତ୍ କମ୍ ହେତୁ (ଚିତ୍ର 2b, c), କାର୍ବୋନେଟର ସାନ୍ଦ୍ରତା କମ୍ ଏବଂ ପରିମାଣ କରିବା କଷ୍ଟକର। ଏହା ସହିତ, ଅନ୍ୟାନ୍ୟ C2-C5 ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟ ଗଠିତ ହୋଇପାରେ, କିନ୍ତୁ ସେମାନଙ୍କର ପରିମାଣ ପରିମାଣିତ କରାଯାଇପାରିବ ନାହିଁ। ଯଦିଓ ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକର ମୋଟ ପରିମାଣ ପରିମାଣ କରିବା କଷ୍ଟକର, ମୋଟ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋରାସାୟନିକ ସମତୁଲ୍ୟର 90% ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ଅଧିକାଂଶ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋରାସାୟନିକ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଚିହ୍ନଟ କରାଯାଇଛି, ଯାହା ଆମର ଯାନ୍ତ୍ରିକ ବୁଝାମଣା ପାଇଁ ଏକ ଆଧାର ପ୍ରଦାନ କରେ। କମ୍ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱ (20 mA cm−2) ଯୋଗୁଁ, AA ର ​​ଉତ୍ପାଦନ 97 μmol cm−2 h−1 (ଚିତ୍ର 2b) ଥିଲା, ଯାହା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର (5 mg cm−2) ର ମାସ୍ ଲୋଡିଂ ଉପରେ ଆଧାରିତ 19 mmol h−1 g−1 ସହିତ ସମାନ, ଯାହା ତାପଜ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଉତ୍ପାଦକତା (~30 mmol h−1 g−1)1 ଠାରୁ କମ୍। ଯେତେବେଳେ ପ୍ରୟୋଗିତ ବିଭବ 1.5 ରୁ 1.9 VRHE କୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା, ଯଦିଓ ସାମଗ୍ରିକ ବିଦ୍ୟୁତ ଘନତା ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା (20 ରୁ 114 mA cm−2), AA FE ରେ ଏକକାଳୀନ ଏକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ହ୍ରାସ ଘଟିଥିଲା, 80% ରୁ 42%। ଅଧିକ ଯୁକ୍ତାତ୍ମକ ବିଭବରେ FE ରେ ହ୍ରାସ ମୁଖ୍ୟତଃ OER ପାଇଁ ପ୍ରତିଯୋଗିତା ହେତୁ। ବିଶେଷକରି 1.7 VRHE ରେ, OER ପ୍ରତିଯୋଗିତା AA FE ରେ ଏକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ହ୍ରାସ ଘଟାଇଥାଏ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ସାମଗ୍ରିକ ବିଦ୍ୟୁତ ଘନତା ବୃଦ୍ଧି ସହିତ AA କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ସାମାନ୍ୟ ହ୍ରାସ କରିଥାଏ। ଏହିପରି, ଯଦିଓ AA ର ​​ଆଂଶିକ ବିଦ୍ୟୁତ ଘନତା 16 ରୁ 48 mA cm−2 କୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା ଏବଂ AA ଉତ୍ପାଦକତା ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା (97 ରୁ 298 μmol cm−2 h−1), ପ୍ରଚୁର ପରିମାଣର ଅତିରିକ୍ତ ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହୃତ ହୋଇଥିଲା (2.5 W h gAA−1 1.5 ରୁ 1.9 VRHE ରୁ ଅଧିକ), ଫଳସ୍ୱରୂପ 2.7 g CO2 gAA−1 ର କାର୍ବନ ନିର୍ଗମନରେ ବୃଦ୍ଧି ଘଟିଥିଲା ​​(ଗଣନା ବିବରଣୀ ପରିପୂରକ ଟିପ୍ପଣୀ 1 ରେ ଦିଆଯାଇଛି)। ଉଚ୍ଚ ଆନୋଡିକ୍ ସମ୍ଭାବନାରେ COR ପ୍ରତିକ୍ରିୟାର ଏକ ପ୍ରତିଯୋଗୀ ଭାବରେ ପୂର୍ବରୁ ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯାଇଥିବା OER ପୂର୍ବ ରିପୋର୍ଟ ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ ଏବଂ AA ଉତ୍ପାଦକତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ସାଧାରଣ ଚ୍ୟାଲେଞ୍ଜକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ14,17।
ଅଧିକ ଦକ୍ଷ Ni(OH)2-NS-ଆଧାରିତ COR ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବିକଶିତ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ପ୍ରଥମେ ସକ୍ରିୟ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ବିଶ୍ଳେଷଣ କରିଥିଲୁ। NiOOH ରେ Ni3+-O ବନ୍ଧର ବଙ୍କା ଏବଂ ପ୍ରସାରଣ ସହିତ ଯଥାକ୍ରମେ ଆମର ଇନ ସିଟୁ ରମନ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି ଫଳାଫଳ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 4) ରେ ଆମେ 473 cm-1 ଏବଂ 553 cm-1 ରେ ଶିଖର ଦେଖିଲୁ। ଏହା ଦଲିଲ କରାଯାଇଛି ଯେ NiOOH ହେଉଛି ଆନୋଡିକ୍ ପୋଟେନସିଆଲ୍ସରେ Ni(OH)2 ହ୍ରାସ ଏବଂ Ni(OH)O ସଂଗ୍ରହର ଫଳାଫଳ, ଏବଂ ଏହା ମୂଳତଃ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ20,21 ରେ ସକ୍ରିୟ ପର୍ଯ୍ୟାୟ। ତେଣୁ, ଆମେ ଆଶା କରୁଛୁ ଯେ Ni(OH)2 ର NiOOH କୁ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ତ୍ୱରାନ୍ୱିତ କରିବା COR ର ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିପାରିବ।
ଆମେ ବିଭିନ୍ନ ଧାତୁ ସହିତ Ni(OH)2 କୁ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିବାକୁ ଚେଷ୍ଟା କରିଥିଲୁ କାରଣ ଏହା ଦେଖାଯାଇଥିଲା ଯେ ହେଟେରୋଆଟମ୍ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଟ୍ରାଞ୍ଜିସନ୍ ଧାତୁ ଅକ୍ସାଇଡ୍/ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସାଇଡ୍ 22,23,24 ରେ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପୁନଃନିର୍ମାଣକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରେ। ନମୁନାଗୁଡ଼ିକୁ Ni ଏବଂ ଦ୍ୱିତୀୟ ଧାତୁ ପୂର୍ବବର୍ତ୍ତୀର ସହ-ଜମା ଦ୍ୱାରା ସଂଶ୍ଳେଷିତ କରାଯାଇଥିଲା। ବିଭିନ୍ନ ଧାତୁ-ପରିବର୍ତ୍ତିତ ନମୁନା ମଧ୍ୟରେ, V-ପରିବର୍ତ୍ତିତ ନମୁନା (V:Ni ପରମାଣୁ ଅନୁପାତ 1:8) (NiV-LDH-NS କୁହାଯାଉଥିବା) COR ରେ ଉଚ୍ଚ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 5) ଏବଂ ଅଧିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ, ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ୱିଣ୍ଡୋ ଉପରେ ଉଚ୍ଚ AA FE ଦେଖାଇଥିଲା। ବିଶେଷକରି, କମ୍ ସମ୍ଭାବନା (1.5 VRHE) ରେ, NiV-LDH-NS ର ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା Ni(OH)2-NS (39 vs. 20 mA cm−2) ତୁଳନାରେ 1.9 ଗୁଣ ଅଧିକ ଥିଲା, ଏବଂ AA FE ଉଭୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ (83% vs. 80%) ଉପରେ ତୁଳନୀୟ ଥିଲା। ଉଚ୍ଚ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା ଏବଂ ସମାନ FE AA ଯୋଗୁଁ, NiV-LDH-NS ର ଉତ୍ପାଦକତା Ni(OH)2-NS (204 vs. 97 μmol cm−2 h−1) ତୁଳନାରେ 2.1 ଗୁଣ ଅଧିକ, ଯାହା ନିମ୍ନ ବିଭାଜନରେ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା ଉପରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନର ପ୍ରୋତ୍ସାହନକାରୀ ପ୍ରଭାବକୁ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ (ଚିତ୍ର 2c)।
ବର୍ଦ୍ଧିତ ପ୍ରୟୋଗିତ ସମ୍ଭାବନା (ଯଥା, 1.9 VRHE) ସହିତ, NiV-LDH-NS ରେ ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତା Ni(OH)2-NS (170 vs. 114 mA cm−2) ତୁଳନାରେ 1.5 ଗୁଣ ଅଧିକ, ଏବଂ ଏହି ବୃଦ୍ଧି ନିମ୍ନ ସମ୍ଭାବନା (1.9 ଗୁଣ ଅଧିକ) ସହିତ ସମାନ। ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ, NiV-LDH-NS ଉଚ୍ଚ AA FE (83%) ବଜାୟ ରଖିଥିଲା ​​ଏବଂ OER କୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ଦମନ କରାଯାଇଥିଲା (O2 FE 4%; ଚିତ୍ର 2c), Ni(OH)2-NS ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଆନୋଡିକ୍ ସମ୍ଭାବନା (ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 1) ରେ ବହୁତ କମ AA FE ସହିତ ପୂର୍ବରୁ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କୁ ପଛରେ ପକାଇ ଦେଇଥିଲା। ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବନା ୱିଣ୍ଡୋ (1.5–1.9 VRHE) ରେ AA ର ​​ଉଚ୍ଚ FE ହେତୁ, 1.9 VRHE ରେ 867 μmol cm−2 h−1 (174.3 mmol g−1 h−1 ସହିତ ସମତୁଲ୍ୟ) ର AA ଜେନେରେସନ୍ ହାର ହାସଲ କରାଯାଇଥିଲା, ଯାହା NiV-LDH-NS ନମୁନାର ମୋଟ ମାସ୍ ଲୋଡିଂ ଦ୍ୱାରା କାର୍ଯ୍ୟକଳାପକୁ ସ୍ୱାଭାବିକ କରାଯିବା ସମୟରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ ଏବଂ ଏପରିକି ଥର୍ମୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ ସିଷ୍ଟମରେ ଅନୁକୂଳ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା ​​(ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 6)।
Ni(OH)2 କୁ V ସହିତ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିବା ପରେ ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପରିସର ଉପରେ ଉଚ୍ଚ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା ଏବଂ ଉଚ୍ଚ FE କୁ ବୁଝିବା ପାଇଁ, ଆମେ NiV-LDH-NS ର ଗଠନକୁ ବର୍ଣ୍ଣିତ କରିଥିଲୁ। XRD ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଇଛି ଯେ V ସହିତ ପରିବର୍ତ୍ତନ β-Ni(OH)2 ରୁ α-Ni(OH)2 କୁ ଏକ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଘଟାଇଛି, ଏବଂ କୌଣସି V-ସମ୍ବନ୍ଧୀୟ ସ୍ଫଟିକ ପ୍ରଜାତି ଚିହ୍ନଟ ହୋଇନାହିଁ (ଚିତ୍ର 2a)। HRTEM ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ NiV-LDH-NS ଅତି ଥିନ୍ Ni(OH)2-NS ନାନୋସିଟ୍‌ର ଆକୃତିକୁ ଉତ୍ତରାଧିକାରୀ ଭାବରେ ଗ୍ରହଣ କରେ ଏବଂ ସମାନ ପାର୍ଶ୍ଵିକ ପରିମାପ (ଚିତ୍ର 2d) ରଖିଛି। AFM ମାପ ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ଏକ ଦୃଢ଼ ଏକତ୍ରୀକରଣ ପ୍ରବୃତ୍ତି ପ୍ରକାଶ କରିଛି, ଯାହାର ପରିଣାମସ୍ୱରୂପ ପ୍ରାୟ 7 nm (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 7) ର ଏକ ମାପଯୋଗ୍ୟ ଘନତା ସୃଷ୍ଟି କରିଛି, ଯାହା Ni(OH)2-NS (ଘନତା: 2–3 nm) ଅପେକ୍ଷା ବଡ଼। ଶକ୍ତି-ବିସ୍ତାରକାରୀ ଏକ୍ସ-ରେ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (EDS) ମ୍ୟାପିଂ ବିଶ୍ଳେଷଣ (ଚିତ୍ର 2e) ଦର୍ଶାଇଛି ଯେ V ଏବଂ Ni ଉପାଦାନଗୁଡ଼ିକ ନାନୋସିଟ୍‌ରେ ଭଲ ଭାବରେ ବଣ୍ଟନ କରାଯାଇଥିଲା। V ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ଗଠନ ଏବଂ Ni ଉପରେ ଏହାର ପ୍ରଭାବ ସ୍ପଷ୍ଟ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ (ଚିତ୍ର 2f–h)। Ni(OH)2-NS Ni2+ ର ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟପୂର୍ଣ୍ଣ ସ୍ପିନ୍-କକ୍ଷ ଶିଖର ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା ​​(ମହିଳା ଶିଖର 855.6 eV, ସାଟେଲାଇଟ୍ ଶିଖର 861.1 eV, ଚିତ୍ର 2f)25। Ni(OH)2-NS ର O 1 s XPS ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ ତିନୋଟି ଶିଖରରେ ବିଭକ୍ତ କରାଯାଇପାରେ, ଯେଉଁଥିମଧ୍ୟରୁ 529.9, 530.9 ଏବଂ 532.8 eV ର ଶିଖର ଯଥାକ୍ରମେ ଜାଲିସ୍ ଅମ୍ଳଜାନ (OL), ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସିଲ୍ ଗୋଷ୍ଠୀ (Ni-OH) ଏବଂ ପୃଷ୍ଠ ତ୍ରୁଟି (OAds) ରେ ଶୋଷିତ ଅମ୍ଳଜାନ (ଚିତ୍ର 2g)26,27,28,29 କୁ ଦାୟୀ କରାଯାଇଛି। V ସହିତ ପରିବର୍ତ୍ତନ ପରେ, V 2p3/2 ଶିଖର ଦେଖାଗଲା, ଯାହାକୁ ଯଥାକ୍ରମେ 517.1 eV (V5+), 516.6 eV (V4+) ଏବଂ 515.8 eV (V3+) ରେ ଅବସ୍ଥିତ ତିନୋଟି ଶିଖରରେ ବିଘଟିତ କରାଯାଇପାରିବ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ ଗଠନରେ V ପ୍ରଜାତି ମୁଖ୍ୟତଃ ଉଚ୍ଚ ଅକ୍ସିଡେସନ ଅବସ୍ଥାରେ (ଚିତ୍ର 2h) 25,30,31 ରହିଛି। ଏହା ସହିତ, NiV-LDH-NS ରେ 855.4 eV ରେ Ni 2p ଶିଖର Ni(OH)2-NS ତୁଳନାରେ ନକାରାତ୍ମକ ଭାବରେ (ପ୍ରାୟ 0.2 eV) ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ ହୋଇଥିଲା, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନଗୁଡ଼ିକୁ V ରୁ Ni କୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ କରାଯାଇଥିଲା। V ପରିବର୍ତ୍ତନ ପରେ ପରିଲକ୍ଷିତ Ni ର ଆପେକ୍ଷିକ ଭାବରେ କମ୍ ଭାଲେନ୍ସ ଅବସ୍ଥା Ni K-ଧାର ଏକ୍ସ-ରେ ଅବଶୋଷଣ ନିକଟ-ଧାର ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (XANES) ଫଳାଫଳ ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ ଥିଲା (ଅଧିକ ବିବରଣୀ ପାଇଁ ନିମ୍ନରେ "V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ହ୍ରାସକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରେ" ବିଭାଗ ଦେଖନ୍ତୁ)। 1 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ COR ଚିକିତ୍ସା ପରେ NiV-LDH-NS କୁ NiV-LDH-POST ଭାବରେ ନାମିତ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ ଟ୍ରାନ୍ସମିସନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି, EDS ମ୍ୟାପିଂ, ଏକ୍ସ-ରେ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା, ରମନ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି ଏବଂ XPS ମାପ ବ୍ୟବହାର କରି ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ବର୍ଣ୍ଣିତ କରାଯାଇଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 8 ଏବଂ 9)। ଉତ୍ପ୍ରକାଶକମାନେ ଅଲ୍ଟ୍ରାଥିନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ମର୍ଫୋଲିକ୍ ସହିତ ସମଷ୍ଟି ଭାବରେ ରହିଲେ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 8a-c)। V ଲିଚିଂ ଏବଂ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୁନଃନିର୍ମାଣ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 8d-f) ଯୋଗୁଁ ନମୁନାଗୁଡ଼ିକର ସ୍ଫଟିକତା ହ୍ରାସ ପାଇଲା ଏବଂ V ବିଷୟବସ୍ତୁ ହ୍ରାସ ପାଇଲା। XPS ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା V ଶିଖର ତୀବ୍ରତାରେ ହ୍ରାସ ଦେଖାଇଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 9), ଯାହାକୁ V ଲିଚିଂ ପାଇଁ ଦାୟୀ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହା ସହିତ, O 1s ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ ବିଶ୍ଳେଷଣ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 9d) ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ପାରାମାଗ୍ନେଟିକ୍ ରେଜୋନାନ୍ସ (EPR) ମାପ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 10) ଦର୍ଶାଇଛି ଯେ NiV-LDH-NS ରେ ଅମ୍ଳଜାନ ଖାଲି ସ୍ଥାନର ପରିମାଣ 1 ଘଣ୍ଟା ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ ପରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଛି, ଯାହା Ni 2p ବନ୍ଧନ ଶକ୍ତିରେ ଏକ ନକାରାତ୍ମକ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଆଣିପାରେ (ଅଧିକ ବିବରଣୀ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 9 ଏବଂ 10 ଦେଖନ୍ତୁ) 26,27,32,33। ତେଣୁ, NiV-LDH-NS 1 ଘଣ୍ଟା COR ପରେ ସାମାନ୍ୟ ଗଠନାତ୍ମକ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦେଖାଇଲା।
COR କୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବାରେ V ର ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଭୂମିକାକୁ ନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ସମାନ କୋପ୍ରେସିପେଟେଶନ୍ ପଦ୍ଧତି ଦ୍ୱାରା 1:8 ବ୍ୟତୀତ ଭିନ୍ନ V:Ni ପରମାଣୁ ଅନୁପାତ (1:32, 1:16, ଏବଂ 1:4, ଯଥାକ୍ରମେ NiV-32, NiV-16, ଏବଂ NiV-4 ଭାବରେ ନାମିତ) ସହିତ NiV-LDH ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଗୁଡ଼ିକୁ ସଂଶ୍ଳେଷଣ କରିଥିଲୁ। EDS ମ୍ୟାପିଂ ଫଳାଫଳ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ V:Ni ପରମାଣୁ ଅନୁପାତ ପୂର୍ବବର୍ତ୍ତୀର (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 11a–e) ନିକଟତର। V ପରିବର୍ତ୍ତନ ବୃଦ୍ଧି ସହିତ, V 2p ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମର ତୀବ୍ରତା ବୃଦ୍ଧି ପାଏ, ଏବଂ Ni 2p କ୍ଷେତ୍ରର ବନ୍ଧନ ଶକ୍ତି ନିରନ୍ତର ନକାରାତ୍ମକ ପାର୍ଶ୍ୱକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ ହୁଏ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 12)। ସେହି ସମୟରେ, OL ର ଅନୁପାତ ଧୀରେ ଧୀରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା। ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପରୀକ୍ଷଣର ଫଳାଫଳ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ ସର୍ବନିମ୍ନ V ପରିବର୍ତ୍ତନ (V:Ni ପରମାଣୁ ଅନୁପାତ 1:32) ପରେ ମଧ୍ୟ OER କୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ଦମନ କରାଯାଇପାରିବ, V ପରିବର୍ତ୍ତନ ପରେ 1.8 VRHE ରେ O2 FE 27% ରୁ 11% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 11f)। V:Ni ଅନୁପାତ 1:32 ରୁ 1:8 କୁ ବୃଦ୍ଧି ସହିତ, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା। ତଥାପି, V ପରିବର୍ତ୍ତନ (V:Ni ଅନୁପାତ 1:4) ର ଆହୁରି ବୃଦ୍ଧି ସହିତ, ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତା ହ୍ରାସ ପାଏ, ଯାହା ଆମେ ଅନୁମାନ କରୁଛୁ ଯେ Ni ସକ୍ରିୟ ସ୍ଥାନଗୁଡ଼ିକର ଘନତା ହ୍ରାସ ପାଇବା ଯୋଗୁଁ (ବିଶେଷକରି NiOOH ସକ୍ରିୟ ପର୍ଯ୍ୟାୟ; ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 11f)। V ପରିବର୍ତ୍ତନର ପ୍ରୋତ୍ସାହନକାରୀ ପ୍ରଭାବ ଏବଂ Ni ସକ୍ରିୟ ସ୍ଥାନଗୁଡ଼ିକର ସଂରକ୍ଷଣ ଯୋଗୁଁ, 1:8 V:Ni ଅନୁପାତ ସହିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ V:Ni ଅନୁପାତ ସ୍କ୍ରିନିଂ ପରୀକ୍ଷାରେ ସର୍ବାଧିକ FE ଏବଂ AA କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦେଖାଇଲା। ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ ପରେ V:Ni ଅନୁପାତ ସ୍ଥିର ରହେ କି ନାହିଁ ତାହା ସ୍ପଷ୍ଟ କରିବା ପାଇଁ, ବ୍ୟବହୃତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ଗଠନକୁ ବର୍ଣ୍ଣିତ କରାଯାଇଥିଲା। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ 1:16 ରୁ 1:4 ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ V:Ni ଅନୁପାତ ସହିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପାଇଁ, ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପରେ V:Ni ଅନୁପାତ ପ୍ରାୟ 1:22 କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା, ଯାହା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ଯୋଗୁଁ V ର ଲିଚିଂ ହେତୁ ହୋଇପାରେ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 13)। ଧ୍ୟାନ ଦିଅନ୍ତୁ ଯେ ତୁଳନାତ୍ମକ AA FEs ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା ଯେତେବେଳେ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ V:Ni ଅନୁପାତ 1:16 (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 11f) ସହିତ ସମାନ କିମ୍ବା ତା'ଠାରୁ ଅଧିକ ଥିଲା, ଯାହାକୁ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ଦ୍ୱାରା ବ୍ୟାଖ୍ୟା କରାଯାଇପାରେ ଯାହା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ ସମାନ V:Ni ଅନୁପାତ ସୃଷ୍ଟି କରେ ଯାହା ତୁଳନାତ୍ମକ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦର୍ଶାଉଛି।
COR କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ବୃଦ୍ଧି କରିବାରେ V-ପରିବର୍ତ୍ତିତ Ni(OH)2 ର ଗୁରୁତ୍ୱକୁ ଆହୁରି ନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ Ni(OH)2-NS ସାମଗ୍ରୀରେ V ପ୍ରବେଶ କରାଇବା ପାଇଁ ଅନ୍ୟ ଦୁଇଟି ସିନ୍ଥେଟିକ୍ ପଦ୍ଧତି ବିକଶିତ କରିଛୁ। ଗୋଟିଏ ହେଉଛି ଏକ ମିଶ୍ରଣ ପଦ୍ଧତି, ଏବଂ ନମୁନାକୁ NiV-MIX ଭାବରେ ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯାଇଛି; ଅନ୍ୟଟି ହେଉଛି ଏକ କ୍ରମିକ ସ୍ପଟରିଂ ପଦ୍ଧତି, ଏବଂ ନମୁନାକୁ NiV-SP ଭାବରେ ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯାଇଛି। ସଂଶ୍ଳେଷଣର ବିବରଣୀ ପଦ୍ଧତି ବିଭାଗରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି। SEM-EDS ମ୍ୟାପିଂ ଦେଖାଇଛି ଯେ V ଉଭୟ ନମୁନାର Ni(OH)2-NS ପୃଷ୍ଠରେ ସଫଳତାର ସହ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରାଯାଇଛି (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 14)। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ଫଳାଫଳ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ 1.8 VRHE ରେ, NiV-MIX ଏବଂ NiV-SP ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡରେ AA ଦକ୍ଷତା ଯଥାକ୍ରମେ 78% ଏବଂ 79%, ଉଭୟ Ni(OH)2-NS (51%) ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ ଦକ୍ଷତା ଦେଖାଉଛି। ଅଧିକନ୍ତୁ, NiV-MIX ଏବଂ NiV-SP ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡରେ OER କୁ Ni(OH)2-NS (FE O2: 27%) ତୁଳନାରେ ଦମନ କରାଯାଇଥିଲା (ଯେପରିକି FE O2: 7% ଏବଂ 2%)। ଏହି ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ OER ଦମନ ଉପରେ Ni(OH)2 ରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନର ସକାରାତ୍ମକ ପ୍ରଭାବକୁ ନିଶ୍ଚିତ କରେ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 14)। ତଥାପି, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ସ୍ଥିରତା ଆଘାତ ପାଇଥିଲା, ଯାହା ସାତଟି COR ଚକ୍ର ପରେ NiV-MIX ରେ FE AA କୁ 45% ଏବଂ NiV-SP ରେ 35% କୁ ହ୍ରାସ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରତିଫଳିତ ହୋଇଥିଲା, ଯାହା V ପ୍ରଜାତିକୁ ସ୍ଥିର କରିବା ପାଇଁ ଉପଯୁକ୍ତ ପଦ୍ଧତି ଗ୍ରହଣ କରିବାର ଆବଶ୍ୟକତାକୁ ସୂଚିତ କରେ, ଯେପରିକି NiV-LDH-NS ରେ Ni(OH)2 ଜାଲିରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ, ଯାହା ଏହି କାର୍ଯ୍ୟରେ ପ୍ରମୁଖ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ।
ଆମେ COR କୁ ବହୁଚକ୍ରରେ ପରିଣତ କରି Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ସ୍ଥିରତା ମଧ୍ୟ ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କରିଥିଲୁ। ପ୍ରତି ଚକ୍ର ପାଇଁ 1 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ ପ୍ରତ୍ୟେକ ଚକ୍ର ପରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ବଦଳାଯାଇଥିଲା। 7ମ ଚକ୍ର ପରେ, Ni(OH)2-NS ରେ FE ଏବଂ AA କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଯଥାକ୍ରମେ 50% ଏବଂ 60% ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା, ଯେତେବେଳେ OER ରେ ବୃଦ୍ଧି ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା (ଚିତ୍ର 2i, j)। ପ୍ରତ୍ୟେକ ଚକ୍ର ପରେ, ଆମେ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ଚକ୍ରୀୟ ଭୋଲ୍ଟାମେଟ୍ରି (CV) ବକ୍ରକୁ ବିଶ୍ଳେଷଣ କରିଥିଲୁ ଏବଂ ଦେଖିଲୁ ଯେ Ni2+ ର ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ଶିଖର ଧୀରେ ଧୀରେ ହ୍ରାସ ପାଇଛି, ଯାହା Ni ର ରେଡକ୍ସ କ୍ଷମତାରେ ହ୍ରାସକୁ ସୂଚିତ କରୁଛି (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 15a–c)। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ସମୟରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ରେ Ni କ୍ୟାଟେସନ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତାରେ ବୃଦ୍ଧି ସହିତ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 15d), ଆମେ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଅବନତି (FE ଏବଂ AA ଉତ୍ପାଦକତା ହ୍ରାସ) କୁ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରୁ Ni ର ଲିଚିଂକୁ ଦାୟୀ କରୁ, ଯାହା ଫଳରେ OER କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରୁଥିବା Ni ଫୋମ୍ ସବ୍ଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଅଧିକ ଏକ୍ସପୋଜର ହୁଏ। ବିପରୀତରେ, NiV-LDH-NS FE ଏବଂ AA ଉତ୍ପାଦକତାରେ ହ୍ରାସକୁ 10% (ଚିତ୍ର 2i, j) କୁ ଧୀର କରିଦେଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଲା ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ Ni ଲିଚିଂକୁ ବାଧା ଦେଇଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 15d)। V ପରିବର୍ତ୍ତନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ସ୍ଥିରତାକୁ ବୁଝିବା ପାଇଁ, ଆମେ ତାତ୍ତ୍ୱିକ ଗଣନା କରିଥିଲୁ। ପୂର୍ବ ସାହିତ୍ୟ 34,35 ଅନୁଯାୟୀ, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ସକ୍ରିୟ ପୃଷ୍ଠରେ ଧାତୁ ପରମାଣୁର ଡିମେଟାଲାଇଜେସନ୍ ପ୍ରକ୍ରିୟାର ଏନଥାଲ୍ପି ପରିବର୍ତ୍ତନକୁ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସ୍ଥିରତା ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଯୁକ୍ତିଯୁକ୍ତ ବର୍ଣ୍ଣନାକାରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇପାରିବ। ତେଣୁ, ପୁନଃନିର୍ମାଣିତ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS (NiOOH ଏବଂ NiVOOH, ଯଥାକ୍ରମେ) ର (100) ପୃଷ୍ଠରେ Ni ପରମାଣୁର ଡିମେଟାଲାଇଜେସନ୍ ପ୍ରକ୍ରିୟାର ଏନଥାଲ୍ପି ପରିବର୍ତ୍ତନଗୁଡ଼ିକୁ ଆକଳନ କରାଯାଇଥିଲା (ମଡେଲ ନିର୍ମାଣର ବିବରଣୀ ପରିପୂରକ ନୋଟ୍ 2 ଏବଂ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 16 ରେ ବର୍ଣ୍ଣିତ ହୋଇଛି)। NiOOH ଏବଂ NiVOOH ରୁ Ni ର ଡିମେଟାଲାଇଜେସନ୍ ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ଚିତ୍ରିତ କରାଯାଇଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 17)। NiVOOH (0.0325 eV) ରେ Ni ଡିମେଟାଲାଇଜେସନର ଶକ୍ତି ମୂଲ୍ୟ NiOOH (0.0005 eV) ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ NiOOH ର ସ୍ଥିରତାକୁ ବୃଦ୍ଧି କରେ।
NiV-LDH-NS ଉପରେ OER ନିରୋଧକ ପ୍ରଭାବ ନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ, ବିଶେଷକରି ଉଚ୍ଚ ଆନୋଡିକ୍ ପୋଟେନସିଆଲ୍‌ରେ, ବିଭିନ୍ନ ନମୁନାରେ ସମ୍ଭାବ୍ୟ-ନିର୍ଭରଶୀଳ O2 ଗଠନ ତଦନ୍ତ କରିବା ପାଇଁ ଡିଫରେନ୍ସିଆଲ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ ମାସ୍ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋମେଟ୍ରି (DEMS) କରାଯାଇଥିଲା। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଇଥିଲା ଯେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଅନୁପସ୍ଥିତିରେ, NiV-LDH-NS ଉପରେ O2 1.53 VRHE ର ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ବିଭବରେ ଦେଖାଯାଇଥିଲା, ଯାହା Ni(OH)2-NS (1.62 VRHE) ରେ O2 ତୁଳନାରେ ସାମାନ୍ୟ କମ୍ ଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 18)। ଏହି ଫଳାଫଳ ସୂଚାଇ ଦିଏ ଯେ COR ସମୟରେ NiV-LDH-NS ର OER ନିରୋଧ ଏହାର ଆନ୍ତରିକ ନିମ୍ନ OER କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ ଯୋଗୁଁ ହୋଇନପାରେ, ଯାହା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ବିନା Ni(OH)2-NS ତୁଳନାରେ NiV-LDH-NS ରେ ରେଖୀୟ ସ୍ୱିପ୍ ଭୋଲ୍ଟାମେଟ୍ରି (LSV) କର୍ଭରେ ସାମାନ୍ୟ ଅଧିକ କରେଣ୍ଟ୍ ଘନତା ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 19)। ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପ୍ରବର୍ତ୍ତନ ପରେ, ବିଳମ୍ବ ହୋଇଥିବା O2 ବିବର୍ତ୍ତନ (ସମ୍ଭବତଃ COR ର ଥର୍ମୋଡାଇନାମିକ୍ ସୁବିଧା ଯୋଗୁଁ) ନିମ୍ନ ବିଭବ ଅଞ୍ଚଳରେ AA ର ​​ଉଚ୍ଚ FE ବ୍ୟାଖ୍ୟା କରେ। ଅଧିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ କଥା ହେଉଛି, NiV-LDH-NS (1.73 VRHE) ରେ OER ଆରମ୍ଭ ବିଭବ Ni(OH)2-NS (1.65 VRHE) ତୁଳନାରେ ଅଧିକ ବିଳମ୍ବିତ, ଯାହା ଅଧିକ ସକାରାତ୍ମକ ବିଭବରେ NiV-LDH-NS ରେ AA ର ​​ଉଚ୍ଚ FE ଏବଂ O2 ର ନିମ୍ନ FE ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ (ଚିତ୍ର 2c)।
V ପରିବର୍ତ୍ତନର ପ୍ରୋତ୍ସାହନ ପ୍ରଭାବକୁ ଆହୁରି ବୁଝିବା ପାଇଁ, ଆମେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ଉପରେ OER ଏବଂ COR ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଗତିବିଧିକୁ ସେମାନଙ୍କର Tafel ଢାଲ ମାପି ବିଶ୍ଳେଷଣ କରି ବିଶ୍ଳେଷଣ କରିଥିଲୁ। ଏହା ଲକ୍ଷ୍ୟ କରିବା ଯୋଗ୍ୟ ଯେ Tafel ଅଞ୍ଚଳରେ ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତ୍ୱ ନିମ୍ନ ସମ୍ଭାବନାରୁ ଉଚ୍ଚ ସମ୍ଭାବନାକୁ LSV ପରୀକ୍ଷା ସମୟରେ Ni2+ ରୁ Ni3+ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଅକ୍ସିଡେସନ ହେତୁ ହୋଇଥାଏ। COR Tafel ଢାଲ ମାପ ଉପରେ Ni2+ ଅକ୍ସିଡେସନର ପ୍ରଭାବକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ପ୍ରଥମେ 10 ମିନିଟ୍ ପାଇଁ 1.8 VRHE ରେ ଉତ୍ପ୍ରବାହକୁ ଅକ୍ସିଡେସନ କରିଥିଲୁ ଏବଂ ତା’ପରେ ବିପରୀତ ସ୍କାନ ମୋଡରେ LSV ପରୀକ୍ଷା କରିଥିଲୁ, ଅର୍ଥାତ୍, ଉଚ୍ଚ ସମ୍ଭାବନାରୁ ନିମ୍ନ ସମ୍ଭାବନାକୁ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 20)। Tafel ଢାଲ ପାଇବା ପାଇଁ ମୂଳ LSV ବକ୍ରକୁ 100% iR କ୍ଷତିପୂରଣ ସହିତ ସଂଶୋଧନ କରାଯାଇଥିଲା। ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଅନୁପସ୍ଥିତିରେ, NiV-LDH-NS (41.6 mV dec−1) ର Tafel ସ୍ଲୋପ୍ Ni(OH)2-NS (65.5 mV dec−1) ତୁଳନାରେ କମ୍ ଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦ୍ୱାରା OER ଗତିବିଧିକୁ ବୃଦ୍ଧି କରାଯାଇପାରିବ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 20c)। ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପ୍ରବର୍ତ୍ତନ ପରେ, NiV-LDH-NS (37.3 mV dec−1) ର Tafel ସ୍ଲୋପ୍ Ni(OH)2-NS (127.4 mV dec−1) ତୁଳନାରେ କମ୍ ଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ OER ତୁଳନାରେ COR ଉପରେ ଅଧିକ ସ୍ପଷ୍ଟ ଗତିବିଧି ପ୍ରଭାବ ପକାଇଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 20d)। ଏହି ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ଯଦିଓ V ପରିବର୍ତ୍ତନ OER କୁ କିଛି ପରିମାଣରେ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରେ, ଏହା COR ଗତିବିଧିକୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ତ୍ୱରାନ୍ୱିତ କରେ, ଯାହା ଫଳରେ AA ର ​​FE ବୃଦ୍ଧି ହୁଏ।
FE ଏବଂ AA ର ​​କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉପରେ ଉପରୋକ୍ତ V ପରିବର୍ତ୍ତନର ପ୍ରୋତ୍ସାହନ ପ୍ରଭାବକୁ ବୁଝିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଯନ୍ତ୍ର ଅଧ୍ୟୟନ ଉପରେ ଧ୍ୟାନ ଦେଇଥିଲୁ। କିଛି ପୂର୍ବ ରିପୋର୍ଟରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି ଯେ ହେଟେରୋଆଟମ୍ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ସ୍ଫଟିକତାକୁ ହ୍ରାସ କରିପାରେ ଏବଂ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ରାସାୟନିକ ଭାବରେ ସକ୍ରିୟ ପୃଷ୍ଠ କ୍ଷେତ୍ର (EAS) ବୃଦ୍ଧି କରିପାରେ, ଯାହାଦ୍ୱାରା ସକ୍ରିୟ ସ୍ଥାନଗୁଡ଼ିକର ସଂଖ୍ୟା ବୃଦ୍ଧି ହୁଏ ଏବଂ ଏହିପରି ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପରେ ଉନ୍ନତି ଆଣେ 36,37। ଏହି ସମ୍ଭାବନାର ତଦନ୍ତ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ରାସାୟନିକ ସକ୍ରିୟକରଣ ପୂର୍ବରୁ ଏବଂ ପରେ ECSA ମାପ ପରିଚାଳନା କରିଥିଲୁ, ଏବଂ ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଇଥିଲା ଯେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ECSA ତୁଳନାତ୍ମକ ଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 21), ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବୃଦ୍ଧି ଉପରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ ପରେ ସକ୍ରିୟ ସ୍ଥାନ ଘନତାର ପ୍ରଭାବକୁ ବାଦ ଦେଇ।
ସାଧାରଣତଃ ଗୃହୀତ ଜ୍ଞାନ ଅନୁଯାୟୀ, ଆଲକୋହଲ କିମ୍ବା ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ନ୍ୟୁକ୍ଲିଓଫିଲିକ୍ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର Ni(OH)2-ଉତ୍ପନ୍ନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଅକ୍ସିଡେସନ୍‌ରେ, Ni(OH)2 ପ୍ରଥମେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଏବଂ ପ୍ରୋଟନ୍‌ଗୁଡ଼ିକୁ ହରାଇଥାଏ ଏବଂ ତା’ପରେ ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ଆନୋଡିକ୍ ପୋଟେନ୍ସିଲ୍‌38,39,40,41 ରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ମାଧ୍ୟମରେ NiOOH କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଥାଏ। ଗଠିତ NiOOH ତା’ପରେ ଏକ ପ୍ରକୃତ ସକ୍ରିୟ COR ପ୍ରଜାତି ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ ଯାହା ଦ୍ୱାରା ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ମାଧ୍ୟମରେ ନ୍ୟୁକ୍ଲିଓଫିଲିକ୍ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ରୁ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍‌ଗୁଡ଼ିକୁ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ ଉତ୍ପାଦ ଗଠନ କରାଯାଏ। ତଥାପି, ସମ୍ପ୍ରତି ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଛି ଯେ ଯଦିଓ NiOOH କୁ ହ୍ରାସ Ni(OH)2 ରେ ଆଲକୋହଲର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଅକ୍ସିଡେସନ୍‌ ପାଇଁ ହାର-ନିର୍ଧାରଣ ପଦକ୍ଷେପ (RDS) ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିପାରେ, ଯେପରି ସାମ୍ପ୍ରତିକ ସାହିତ୍ୟରେ ପରାମର୍ଶ ଦିଆଯାଇଛି, Ni3+ ଆଲକୋହଲର ଅକ୍ସିଡେସନ୍‌ Ni3+41,42 ର ଅଣ-ରିଡକ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍‌ ସ୍ଥାନାନ୍ତର ମାଧ୍ୟମରେ ଏକ ସ୍ୱତଃସ୍ଫୂର୍ତ୍ତ ପ୍ରକ୍ରିୟା ହୋଇପାରେ। ସମାନ ସାହିତ୍ୟରେ ରିପୋର୍ଟ ହୋଇଥିବା ଯାନ୍ତ୍ରିକ ଅଧ୍ୟୟନ ଦ୍ୱାରା ଅନୁପ୍ରାଣିତ ହୋଇ, ଆମେ COR ସମୟରେ Ni3+ ହ୍ରାସରୁ ସୃଷ୍ଟି ହୋଇଥିବା ଯେକୌଣସି Ni2+ ଗଠନକୁ ସିଟୁ କ୍ୟାପଚର କରିବା ପାଇଁ ଏକ ପ୍ରୋବ୍ ଅଣୁ ଭାବରେ ଡାଇମିଥାଇଲଗ୍ଲାଇଅକ୍ସିମ ଡିସୋଡିୟମ ଲବଣ ଅକ୍ଟାହାଇଡ୍ରେଟ୍ (C4H6N2Na2O2 8H2O) ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 22 ଏବଂ ପରିପୂରକ ନୋଟ୍ 3)। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ Ni2+ ର ଗଠନ ଦେଖାଇଥିଲା, ଯାହା ନିଶ୍ଚିତ କରିଥିଲା ​​ଯେ COR ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ NiOOH ର ରାସାୟନିକ ହ୍ରାସ ଏବଂ Ni(OH)2 ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଅକ୍ସିଡେସନ୍ ଏକକାଳୀନ ଘଟିଥିଲା। ତେଣୁ, ଉତ୍ପ୍ରେରକ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ Ni(OH)2 ର NiOOH କୁ ହ୍ରାସର ଗତିବିଧି ଉପରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ନିର୍ଭର କରିପାରେ। ଏହି ନୀତି ଉପରେ ଆଧାର କରି, ଆମେ ପରବର୍ତ୍ତୀ ସମୟରେ ଅନୁସନ୍ଧାନ କରିଥିଲୁ ଯେ V ର ପରିବର୍ତ୍ତନ Ni(OH)2 ର ହ୍ରାସକୁ ତ୍ୱରାନ୍ୱିତ କରିବ କି ନାହିଁ ଏବଂ ଏହିପରି COR କୁ ଉନ୍ନତ କରିବ କି ନାହିଁ।
ଆମେ ପ୍ରଥମେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ପ୍ରବର୍ତ୍ତନ ପରେ ସକାରାତ୍ମକ ବିଭବରେ NiOOH ଗଠନ ଏବଂ ପରବର୍ତ୍ତୀ ବ୍ୟବହାରକୁ ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷଣ କରି NiOOH ହେଉଛି Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ COR ପାଇଁ ସକ୍ରିୟ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ବୋଲି ଦର୍ଶାଇବା ପାଇଁ ସିଟୁ ରମଣ କୌଶଳ ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ, ଯାହା ଉପରେ ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯାଇଥିବା "ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍-ରାସାୟନିକ" ପ୍ରକ୍ରିୟା (ଚିତ୍ର 3a) ଅନୁସରଣ କରି କରାଯାଇଥିଲା। ଅଧିକନ୍ତୁ, ପୁନଃନିର୍ମିତ NiV-LDH-NS ର ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଶୀଳତା Ni(OH)2-NS ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ ଥିଲା, ଯେପରି Ni3+–O ରମଣ ସିଗନାଲର ତ୍ୱରିତ ଅନ୍ତର୍ହିତତା ଦ୍ୱାରା ପ୍ରମାଣିତ ହୋଇଥିଲା। ଆମେ ତା'ପରେ ଦେଖାଇଲୁ ଯେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଉପସ୍ଥିତି କିମ୍ବା ଅନୁପସ୍ଥିତିରେ Ni(OH)2-NS ତୁଳନାରେ NiV-LDH-NS NiOOH ଗଠନ ପାଇଁ କମ୍ ସକାରାତ୍ମକ ସମ୍ଭାବନା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା ​​(ଚିତ୍ର 3b, c ଏବଂ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 4c, d)। ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଯେ, NiV-LDH-NS ର ଉତ୍କୃଷ୍ଟ OER କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ରମନ ମାପ ଉଦ୍ଦେଶ୍ୟର ସମ୍ମୁଖ ଲେନ୍ସରେ ଅଧିକ ବବଲ୍ ଲାଗିଥାଏ, ଯାହା 1.55 VRHE ରେ ଥିବା ରମନ ଶିଖର ଅଦୃଶ୍ୟ କରିଥାଏ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 4d)। DEMS ଫଳାଫଳ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 18) ଅନୁଯାୟୀ, କମ ବିଭବରେ ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତା (Ni(OH)2-NS ପାଇଁ VRHE < 1.58 ଏବଂ NiV-LDH-NS ପାଇଁ VRHE < 1.53) ମୁଖ୍ୟତଃ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଅନୁପସ୍ଥିତିରେ OER ବଦଳରେ Ni2+ ଆୟନଗୁଡ଼ିକର ପୁନଃନିର୍ମାଣ ହେତୁ ହୋଇଥାଏ। ତେଣୁ, LSV ବକ୍ରରେ Ni2+ ର ଅକ୍ସିଡେସନ ଶିଖର NiV-LDH-NS ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ ଶକ୍ତିଶାଳୀ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ NiV-LDH-NS କୁ ଉନ୍ନତ ପୁନଃନିର୍ମାଣ କ୍ଷମତା ପ୍ରଦାନ କରେ (ବିସ୍ତୃତ ବିଶ୍ଳେଷଣ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 19 ଦେଖନ୍ତୁ)।
60 ସେକେଣ୍ଡ ପାଇଁ 0.5 M KOH ଏବଂ 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରେ 1.5 VRHE ରେ ପ୍ରିଅକ୍ସିଡେସନ୍ ପରେ OCP ପରିସ୍ଥିତିରେ Ni(OH)2-NS (ବାମ) ଏବଂ NiV-LDH-NS (ଡାହାଣ) ର ଇନ ସିଟୁ ରମନ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା। b ବିଭିନ୍ନ ବିଭବତାରେ 0.5 M KOH + 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ c NiV-LDH-NS ର ଇନ ସିଟୁ ରମନ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା। d 0.5 M KOH ରେ Ni K-edg ରେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ଇନ ସିଟୁ XANES ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା ଏବଂ e 0.5 M KOH ଏବଂ 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରେ। ଇନସେଟ୍ 8342 ଏବଂ 8446 eV ମଧ୍ୟରେ ଏକ ବର୍ଦ୍ଧିତ ବର୍ଣ୍ଣାଳୀ କ୍ଷେତ୍ର ଦେଖାଏ। f ବିଭିନ୍ନ ବିଭବତାରେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ Ni ର ଭାଲେନ୍ସ ଅବସ୍ଥା। g ବିଭିନ୍ନ ପୋଟେନସିଆଲରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ପ୍ରବେଶ ପୂର୍ବରୁ ଏବଂ ପରେ NiV-LDH-NS ର ସିଟୁ Ni EXAFS ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା। h Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ତାତ୍ତ୍ୱିକ ମଡେଲ। ଶୀର୍ଷ: Ni(OH)2-NS ରେ, Ni(OH)2-NS ରୁ NiOOH କୁ ଧୀର ପୁନଃନିର୍ମାଣ RDS ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ, ଯେତେବେଳେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ AA ଉତ୍ପାଦନ କରିବା ପାଇଁ ନିମ୍ନ-ଭାଲେଣ୍ଟ Ni ଅବସ୍ଥା ବଜାୟ ରଖିବା ପାଇଁ ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ମାଧ୍ୟମରେ ଉଚ୍ଚ-ଭାଲେଣ୍ଟ Ni ପ୍ରଜାତିକୁ ହ୍ରାସ କରେ। ତଳ: NiV-LDH-NS ରେ, ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପଦକ୍ଷେପ V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦ୍ୱାରା ସହଜ ହୋଇଥାଏ, ଯାହା ଫଳରେ RDS ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପଦକ୍ଷେପରୁ ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ ହୁଏ। i Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ପୁନଃନିର୍ମାଣ ସମୟରେ ଗିବ୍ସ ମୁକ୍ତ ଶକ୍ତି ପରିବର୍ତ୍ତନ ହୁଏ। aj ଏବଂ i ପାଇଁ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଫାଇଲରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି।
ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ହ୍ରାସ ସମୟରେ ପରମାଣୁ ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ଗଠନର ବିବର୍ତ୍ତନ ଅନୁସନ୍ଧାନ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ସିଟୁ ଏକ୍ସ-ରେ ଅବଶୋଷଣ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (XAS) ପରୀକ୍ଷଣ କରିଥିଲୁ, ଯାହା ତିନୋଟି କ୍ରମାଗତ ପଦକ୍ଷେପରେ Ni ପ୍ରଜାତିଗୁଡ଼ିକର ଗତିଶୀଳତା ଯାଞ୍ଚ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଶକ୍ତିଶାଳୀ ଉପକରଣ ପ୍ରଦାନ କରିଥିଲା: OER, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ, ଏବଂ ଖୋଲା ସର୍କିଟ୍ ସମ୍ଭାବନା (OCP)। ଚିତ୍ରଟି ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ ପୂର୍ବରୁ ଏବଂ ପରେ ବର୍ଦ୍ଧିତ ସମ୍ଭାବନା ସହିତ Ni ର K-ଧାର XANES ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା ଦର୍ଶାଉଛି (ଚିତ୍ର 3d, e)। ସମାନ ସମ୍ଭାବନାରେ, NiV-LDH-NS ର ଅବଶୋଷଣ ଧାର ଶକ୍ତି Ni(OH)2-NS (ଚିତ୍ର 3d, e, ଇନସେଟ୍) ତୁଳନାରେ ଯଥେଷ୍ଟ ଅଧିକ ସକାରାତ୍ମକ। ପ୍ରତ୍ୟେକ ପରିସ୍ଥିତିରେ Ni ର ହାରାହାରି ଭାଲେନ୍ସ XANES ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରାର ଏକ ରେଖୀୟ ମିଳିତ ଫିଟ୍ ଏବଂ Ni K-ଧାର ଅବଶୋଷଣ ଶକ୍ତି ପରିବର୍ତ୍ତନ (ଚିତ୍ର 3f) ର ପ୍ରତିଗମନ ଦ୍ୱାରା ଆକଳନ କରାଯାଇଥିଲା, ପ୍ରକାଶିତ ସାହିତ୍ୟ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 23) ରୁ ନିଆଯାଇଥିବା ସନ୍ଦର୍ଭ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା ସହିତ 43।
ପ୍ରଥମ ପର୍ଯ୍ୟାୟରେ (OER ପ୍ରକ୍ରିୟା ସହିତ ସମ୍ବନ୍ଧିତ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପରିଚୟ ପୂର୍ବରୁ; ଚିତ୍ର 3f, ବାମରେ), ପୁନଃନିର୍ମାଣ ହୋଇନଥିବା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ (<1.3 VRHE) ର ବିଭବତାରେ, NiV-LDH-NS (+1.83) ରେ Ni ର ସଂଯୋଜନା ଅବସ୍ଥା Ni(OH)2-NS (+1.97) ତୁଳନାରେ ସାମାନ୍ୟ କମ୍, ଯାହାକୁ V ରୁ Ni କୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ସ୍ଥାନାନ୍ତର ପାଇଁ ଦାୟୀ କରାଯାଇପାରିବ, ଉପରୋକ୍ତ XPS ଫଳାଫଳ (ଚିତ୍ର 2f) ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ। ଯେତେବେଳେ ବିଭବ ହ୍ରାସ ବିନ୍ଦୁ (1.5 VRHE) ଅତିକ୍ରମ କରେ, NiV-LDH-NS (+3.28) ରେ Ni ର ସଂଯୋଜନା ଅବସ୍ଥା Ni(OH)2-NS (+2.49) ତୁଳନାରେ ଅଧିକ ସ୍ପଷ୍ଟ ବୃଦ୍ଧି ଦେଖାଏ। ଉଚ୍ଚ ବିଭବତା (1.8 VRHE) ରେ, NiV-LDH-NS (+3.64) ରେ ପ୍ରାପ୍ତ Ni କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ସଂଯୋଜନା ଅବସ୍ଥା Ni(OH)2-NS (+3.47) ତୁଳନାରେ ଅଧିକ। ସାମ୍ପ୍ରତିକ ରିପୋର୍ଟ ଅନୁଯାୟୀ, ଏହି ପ୍ରକ୍ରିୟା Ni3+xOOH1-x (Ni3+x ହେଉଛି Ni3+ ଏବଂ Ni4+ ର ଏକ ମିଶ୍ରିତ ପ୍ରଜାତି) ର ଗଠନରେ ଉଚ୍ଚ-ଭାଲେଣ୍ଟ Ni4+ ପ୍ରଜାତି ଗଠନ ସହିତ ସମାନ, ଯାହା ପୂର୍ବରୁ ଆଲକୋହଲ ଡିହାଇଡ୍ରୋଜେନେସନରେ ବର୍ଦ୍ଧିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟକଳାପ ଦେଖାଇଛି38,39,44। ତେଣୁ, COR ରେ NiV-LDH-NS ର ଉତ୍କୃଷ୍ଟ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଭାବରେ ସକ୍ରିୟ ଉଚ୍ଚ-ଭାଲେଣ୍ଟ Ni ପ୍ରଜାତି ଗଠନ ପାଇଁ ବର୍ଦ୍ଧିତ ହ୍ରାସକାରିତା ହେତୁ ହୋଇପାରେ।
ଦ୍ୱିତୀୟ ପଦକ୍ଷେପରେ (ରିଙ୍ଗ୍ ଖୋଲିବା ପରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ର ପରିଚୟ, ଚିତ୍ର 3f), ଉଭୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ Ni ର ଭାଲେନ୍ସ ଅବସ୍ଥା ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ହ୍ରାସ ପାଇଛି, ଯାହା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଦ୍ୱାରା Ni3+xOOH1-x ର ହ୍ରାସ ପ୍ରକ୍ରିୟା ସହିତ ମେଳ ଖାଉଛି, ଯାହା ଇନ ସିଟୁ ରମନ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (ଚିତ୍ର 3a) ର ଫଳାଫଳ ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ, ଏବଂ Ni ର ଭାଲେନ୍ସ ଅବସ୍ଥା ପ୍ରାୟ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ଅବସ୍ଥାକୁ ଫେରି ଆସିଛି (କମ୍ ସମ୍ଭାବନାରେ ପ୍ରଥମ ପଦକ୍ଷେପ), ଯାହା Ni ର ରେଡକ୍ସ ପ୍ରକ୍ରିୟାର Ni3+xOOH1-x କୁ ପ୍ରତିବର୍ତ୍ତନଶୀଳତା ସୂଚାଇଥାଏ।
COR ପୋଟେନସିଆଲ୍ସ (1.5 ଏବଂ 1.8 VRHE; ଚିତ୍ର 3f, ଡାହାଣ) ରେ ତୃତୀୟ ପଦକ୍ଷେପ (COR ପ୍ରକ୍ରିୟା) ରେ, Ni(OH)2-NS ରେ Ni ର ଭାଲେନ୍ସ ଅବସ୍ଥା କେବଳ ସାମାନ୍ୟ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଛି (+2.16 ଏବଂ +2.40), ଯାହା ପ୍ରଥମ ପଦକ୍ଷେପ (+2.49 ଏବଂ +3.47) ରେ ସମାନ ପୋଟେନସିଆଲ୍ସ ତୁଳନାରେ ଯଥେଷ୍ଟ କମ୍। ଏହି ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ ପରେ, COR ଗତିଜ ଭାବରେ Ni2+ ର Ni3+x (ଅର୍ଥାତ୍ Ni ପୁନଃନିର୍ମାଣ) ରେ ଧୀର ଅକ୍ସିଡେସନ ଦ୍ୱାରା ସୀମିତ ହୋଇଥାଏ Ni(OH)2-NS ରେ NiOOH ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ମଧ୍ୟରେ ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ଦ୍ୱାରା ନୁହେଁ, ଯାହା Ni କୁ ଏକ ନିମ୍ନ-ଭାଲେନ୍ସ ଅବସ୍ଥାରେ ଛାଡିଥାଏ। ତେଣୁ, ଆମେ ଏହି ସିଦ୍ଧାନ୍ତରେ ପହଞ୍ଚିଛୁ ଯେ Ni ପୁନଃନିର୍ମାଣ Ni(OH)2-NS ରେ COR ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ RDS ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିପାରିବ। ବିପରୀତରେ, COR ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ NiV-LDH-NS Ni ପ୍ରଜାତି (>3) ର ଏକ ତୁଳନାତ୍ମକ ଉଚ୍ଚ ଭାଲେନ୍ସ ବଜାୟ ରଖିଥିଲା, ଏବଂ ସମାନ ବିଭବ (1.65 ଏବଂ 1.8 VRHE) ରେ ପ୍ରଥମ ପଦକ୍ଷେପ ତୁଳନାରେ ଭାଲେନ୍ସ ବହୁତ କମ୍ (0.2 ରୁ କମ୍) ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଗତିଜ ଭାବରେ Ni2+ ର ଅକ୍ସିଡେସନକୁ Ni3+x କୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିଥିଲା, ଯାହା Ni ହ୍ରାସ ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ହ୍ରାସର ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ଅପେକ୍ଷା ଦ୍ରୁତ କରିଥିଲା। ବିସ୍ତାରିତ ଏକ୍ସ-ରେ ଅବଶୋଷଣ ସୂକ୍ଷ୍ମ ଗଠନ (EXAFS) ଫଳାଫଳ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଉପସ୍ଥିତିରେ Ni–O (1.6 ରୁ 1.4 Å) ଏବଂ Ni–Ni(V) (2.8 ରୁ 2.4 Å) ବନ୍ଧର ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ପରିବର୍ତ୍ତନ ମଧ୍ୟ ପ୍ରକାଶ କରିଥିଲା। ଏହା Ni(OH)2 ପର୍ଯ୍ୟାୟର NiOOH ପର୍ଯ୍ୟାୟକୁ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ (ଚିତ୍ର 3g) ଦ୍ୱାରା NiOOH ପର୍ଯ୍ୟାୟର ରାସାୟନିକ ହ୍ରାସ ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ। ତଥାପି, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ Ni(OH)2-NS ର ହ୍ରାସ ଗତିବିଧିକୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ବାଧା ଦେଇଥିଲା (ଅଧିକ ବିବରଣୀ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ନୋଟ୍ 4 ଏବଂ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 24 ଦେଖନ୍ତୁ)।
ସାମଗ୍ରିକ ଭାବରେ, Ni(OH)2-NS (ଚିତ୍ର 3h, ଉପର) ରେ, Ni(OH)2 ପର୍ଯ୍ୟାୟରୁ NiOOH ପର୍ଯ୍ୟାୟକୁ ଧୀର ହ୍ରାସ ପଦକ୍ଷେପ NiOOH ର ରାସାୟନିକ ହ୍ରାସ ସମୟରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରୁ AA ଗଠନର ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ପରିବର୍ତ୍ତେ ସାମଗ୍ରିକ COR ପ୍ରକ୍ରିୟାର RDS ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିପାରେ। NiV-LDH-NS (ଚିତ୍ର 3h, ତଳ) ରେ, V ପରିବର୍ତ୍ତନ Ni2+ ର ଅକ୍ସିଡେସନ ଗତିବିଧିକୁ Ni3+x କୁ ବୃଦ୍ଧି କରେ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା NiVOOH ର ଗଠନକୁ ତ୍ୱରାନ୍ୱିତ କରେ (ରାସାୟନିକ ହ୍ରାସ ଦ୍ୱାରା ବ୍ୟବହାର କରିବା ପରିବର୍ତ୍ତେ), ଯାହା RDS କୁ ରାସାୟନିକ ପଦକ୍ଷେପ ଆଡକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ କରେ। V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରେରିତ Ni ପୁନଃନିର୍ମାଣକୁ ବୁଝିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଆହୁରି ତାତ୍ତ୍ୱିକ ଗଣନା କରିଥିଲୁ। ଚିତ୍ର 3h ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ଆମେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ସିମୁଲେଟ୍ କରିଥିଲୁ। Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ ଥିବା ଜାଲି ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସିଲ୍ ଗୋଷ୍ଠୀଗୁଡ଼ିକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟରେ OH- ନିଷ୍କାସନ କରି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ-ଅଭାବୀ ଜାଲି ଅମ୍ଳଜାନ ଗଠନ କରି ଡିପ୍ରୋଟୋନେଟେଡ୍ ହୋଇଥାଏ। ସମ୍ପୃକ୍ତ ରାସାୟନିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଗୁଡ଼ିକ ନିମ୍ନଲିଖିତ:
ପୁନଃନିର୍ମାଣର ଗିବ୍ସ ମୁକ୍ତ ଶକ୍ତି ପରିବର୍ତ୍ତନ ଗଣନା କରାଯାଇଥିଲା (ଚିତ୍ର 3i), ଏବଂ NiV-LDH-NS (0.81 eV) Ni(OH)2-NS (1.66 eV) ତୁଳନାରେ ବହୁତ କମ୍ ଗିବ୍ସ ମୁକ୍ତ ଶକ୍ତି ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦେଖାଇଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥିଲା ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ Ni ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପାଇଁ ଆବଶ୍ୟକ ଭୋଲଟେଜକୁ ହ୍ରାସ କରିଥିଲା। ଆମେ ବିଶ୍ୱାସ କରୁ ଯେ ପୁନଃନିର୍ମାଣକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା ଦ୍ୱାରା ସମଗ୍ର COR ର ଶକ୍ତି ବାଧା ହ୍ରାସ ପାଇପାରେ (ବିବରଣୀ ପାଇଁ ନିମ୍ନରେ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଯନ୍ତ୍ର ଅଧ୍ୟୟନ ଦେଖନ୍ତୁ), ଯାହା ଦ୍ଵାରା ଉଚ୍ଚ ଧାରାର ଘନତାରେ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକୁ ତ୍ୱରାନ୍ୱିତ କରିପାରେ।
ଉପରୋକ୍ତ ବିଶ୍ଳେଷଣ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ Ni(OH)2 ର ଏକ ଦ୍ରୁତ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପୁନର୍ବିନ୍ୟାସ ଘଟାଇଥାଏ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ହାର ଏବଂ, ପରିବର୍ତ୍ତେ, COR କରେଣ୍ଟ ଘନତା ବୃଦ୍ଧି ପାଏ। ତଥାପି, Ni3+x ସାଇଟ୍ ମଧ୍ୟ OER କାର୍ଯ୍ୟକଳାପକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିପାରିବ। ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ବିନା LSV ବକ୍ରରୁ, ଏହା ସ୍ପଷ୍ଟ ଯେ NiV-LDH-NS ର ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା Ni(OH)2-NS (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 19) ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ, ଯାହା COR ଏବଂ OER ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଗୁଡ଼ିକୁ ପ୍ରତିଯୋଗିତାମୂଳକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଗଠନ କରିଥାଏ। ତେଣୁ, NiV-LDH-NS ତୁଳନାରେ AA ର ​​ଯଥେଷ୍ଟ ଅଧିକ FE ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପୁନର୍ବିନ୍ୟାସକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରୁଥିବା V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦ୍ୱାରା ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ବ୍ୟାଖ୍ୟା କରାଯାଇପାରିବ ନାହିଁ।
ସାଧାରଣତଃ ଏହା ଗ୍ରହଣ କରାଯାଏ ଯେ କ୍ଷାରୀୟ ଗଣମାଧ୍ୟମରେ, ନ୍ୟୁକ୍ଲିଓଫିଲିକ୍ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଅକ୍ସିଡେସନ୍ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଗୁଡ଼ିକ ସାଧାରଣତଃ ଲାଙ୍ଗମୁଇର-ହିନସେଲଉଡ୍ (LH) ମଡେଲ୍ ଅନୁସରଣ କରନ୍ତି। ବିଶେଷକରି, ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ OH− ଆନାୟନଗୁଡ଼ିକୁ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠରେ ପ୍ରତିଯୋଗିତାମୂଳକ ଭାବରେ ସହଶୋଷିତ କରାଯାଏ, ଏବଂ ଶୋଷିତ OH− ସକ୍ରିୟ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସିଲ୍ ଗୋଷ୍ଠୀ (OH*) ରେ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ କରାଯାଏ, ଯାହା ନ୍ୟୁକ୍ଲିଓଫାଇଲ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ପାଇଁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଫାଇଲ୍ ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ, ଏକ ପଦ୍ଧତି ଯାହା ପୂର୍ବରୁ ପରୀକ୍ଷାମୂଳକ ତଥ୍ୟ ଏବଂ/କିମ୍ବା ତାତ୍ତ୍ୱିକ ଗଣନା ଦ୍ୱାରା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରାଯାଇଛି45,46,47। ତେଣୁ, ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀଙ୍କ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଏବଂ ସେମାନଙ୍କର ଅନୁପାତ (ଜୈବ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ OH−) ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠର ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀ କଭରେଜ୍ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିପାରିବ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା FE ଏବଂ ଲକ୍ଷ୍ୟ ଉତ୍ପାଦର ଉତ୍ପାଦନକୁ ପ୍ରଭାବିତ କରିଥାଏ14,48,49,50। ଆମ କ୍ଷେତ୍ରରେ, ଆମେ ଅନୁମାନ କରୁଛୁ ଯେ NiV-LDH-NS ରେ ଉଚ୍ଚ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ପୃଷ୍ଠ କଭରେଜ୍ COR ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ସମର୍ଥନ କରେ, ଏବଂ ବିପରୀତ ଭାବରେ, Ni(OH)2-NS ରେ କମ୍ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ପୃଷ୍ଠ କଭରେଜ୍ OER ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ସମର୍ଥନ କରେ।
ଉପରୋକ୍ତ ପରିକଳ୍ପନାକୁ ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ପ୍ରଥମେ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀଙ୍କ ସାନ୍ଦ୍ରତା (C, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ, ଏବଂ COH−) ସହିତ ଜଡିତ ଦୁଇଟି ପରୀକ୍ଷଣ ଶୃଙ୍ଖଳା ପରିଚାଳନା କରିଥିଲୁ। ପ୍ରଥମ ପରୀକ୍ଷଣଟି Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଉପରେ ଏକ ସ୍ଥିର ବିଭବ (1.8 VRHE) ରେ ବିଭିନ୍ନ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ C ବିଷୟବସ୍ତୁ (0.05 ~ 0.45 M) ଏବଂ ଏକ ସ୍ଥିର COH− ବିଷୟବସ୍ତୁ (0.5 M) ସହିତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ସହିତ କରାଯାଇଥିଲା। ତାପରେ, FE ଏବଂ AA ଉତ୍ପାଦକତା ଗଣନା କରାଯାଇଥିଲା। NiV-LDH-NS ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପାଇଁ, AA ଉପଜ ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ C ମଧ୍ୟରେ ସମ୍ପର୍କ LH ମୋଡରେ ଏକ ସାଧାରଣ "ଆଗ୍ନେୟଗିରି ପ୍ରକାର" ବକ୍ର ଦେଖାଇଥିଲା (ଚିତ୍ର 4a), ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ ଉଚ୍ଚ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ କଭରେଜ୍ OH− ଅବଶୋଷଣ ସହିତ ପ୍ରତିଯୋଗିତା କରେ। Ni(OH)2-NS ପାଇଁ, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର C 0.05 ରୁ 0.45 M ବୃଦ୍ଧି ସହିତ AA ଉପଜ ଏକକ ଭାବରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଲା ଯେ ଯଦିଓ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବଲ୍କ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଅଧିକ (0.45 M), ଏହାର ପୃଷ୍ଠ ଆବରଣ ଏପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ତୁଳନାତ୍ମକ ଭାବରେ କମ୍ ଥିଲା। ଏହା ସହିତ, COH− 1.5 M ବୃଦ୍ଧି ସହିତ, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର C ଉପରେ ନିର୍ଭର କରି Ni(OH)2-NS ରେ ଏକ "ଆଗ୍ନେୟଗିରି ପ୍ରକାର" ବକ୍ର ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା, ଏବଂ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାର ପ୍ରତିଫଳନ ବିନ୍ଦୁ NiV-LDH-NS ତୁଳନାରେ ବିଳମ୍ବ ହୋଇଥିଲା, ଯାହା Ni(OH)2-NS ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଦୁର୍ବଳ ଅବଶୋଷଣକୁ ଆହୁରି ପ୍ରମାଣିତ କରିଥିଲା ​​(ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 25a ଏବଂ ଟିପ୍ପଣୀ 5)। ଏହା ବ୍ୟତୀତ, NiV-LDH-NS ରେ AA ର ​​FE C-ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ପ୍ରତି ବହୁତ ସମ୍ବେଦନଶୀଳ ଥିଲା ଏବଂ C-ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନକୁ 0.05 M ରୁ 0.3 M କୁ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପରେ ଏହା ଦ୍ରୁତ ଗତିରେ 80% ରୁ ଅଧିକ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ NiV-LDH-NS ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ସହଜରେ ସମୃଦ୍ଧ ହୋଇଥିଲା (ଚିତ୍ର 4b)। ବିପରୀତରେ, C-ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ସାନ୍ଦ୍ରତା ବୃଦ୍ଧି କରିବା Ni(OH)2-NS ରେ OER କୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ବାଧା ଦେଇନଥିଲା, ଯାହା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଅପର୍ଯ୍ୟାପ୍ତ ଶୋଷଣ ହେତୁ ହୋଇପାରେ। ବିପରୀତ ଭାବରେ, COH− ର ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଦକ୍ଷତା ଉପରେ ନିର୍ଭରଶୀଳତାର ଅଧିକ ତଦନ୍ତ ମଧ୍ୟ ନିଶ୍ଚିତ କରିଥିଲା ​​ଯେ NiV-LDH-NS ତୁଳନାରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଶୋଷଣ ଉନ୍ନତ ହୋଇଥିଲା, ଯାହା AA ର ​​FE ହ୍ରାସ ନକରି COR ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ ଅଧିକ COH− ସହ୍ୟ କରିପାରେ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 25b, c ଏବଂ ଟିପ୍ପଣୀ 5)।
0.5 M KOH ରେ ଭିନ୍ନ C ସହିତ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରେ b Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ର AA ଏବଂ EF ର ଉତ୍ପାଦକତା। c NiOOH ଏବଂ NiVOOH ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଶୋଷଣ ଶକ୍ତି। 0.5 M KOH ରେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ AA ର ​​d FE ଏବଂ 1.80 VRHE ରେ 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ବିଚ୍ଛିନ୍ନ ଏବଂ ସ୍ଥିର ସମ୍ଭାବ୍ୟ ରଣନୀତି ବ୍ୟବହାର କରି। ତ୍ରୁଟି ବାରଗୁଡିକ ସମାନ ନମୁନା ବ୍ୟବହାର କରି ତିନୋଟି ସ୍ୱାଧୀନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରନ୍ତି ଏବଂ 10% ମଧ୍ୟରେ ଥାଆନ୍ତି। e ଶୀର୍ଷ: Ni(OH)2-NS ରେ, ନିମ୍ନ ପୃଷ୍ଠ କ୍ଷେତ୍ର C ସହିତ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଦ୍ୱାରା ଦୁର୍ବଳ ଭାବରେ ଶୋଷିତ ହୁଏ, ଯାହା ଫଳରେ OER ପାଇଁ ପ୍ରବଳ ପ୍ରତିଯୋଗିତା ହୁଏ। ତଳ: NiV-LDH-NS ରେ, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ C ର ଏକ ଉଚ୍ଚ ପୃଷ୍ଠ କ୍ଷେତ୍ର ସାନ୍ଦ୍ରତା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଶୋଷଣ ସହିତ ପରିଲକ୍ଷିତ ହୁଏ, ଯାହା ଫଳରେ OER ଦମନ ହୁଏ। a–d ପାଇଁ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଫାଇଲରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି।
NiV-LDH-NS ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଶୋଷଣ ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ପ୍ରକୃତ ସମୟରେ ଶୋଷିତ ପ୍ରଜାତିଗୁଡ଼ିକର ଗଣ ପରିବର୍ତ୍ତନ ନିରୀକ୍ଷଣ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ ଯୁଗ୍ମ କ୍ୱାର୍ଟଜ୍ ସ୍ଫଟିକ ମାଇକ୍ରୋବାଲାନ୍ସ (E-QCM) ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଇଥିଲା ଯେ OCP ଅବସ୍ଥାରେ Ni(OH)2-NS ତୁଳନାରେ NiV-LDH-NS ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ଶୋଷଣ କ୍ଷମତା 1.6 ଗୁଣ ଅଧିକ ଥିଲା, ଏବଂ ଶୋଷଣ କ୍ଷମତାରେ ଏହି ପାର୍ଥକ୍ୟ ଆହୁରି ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା କାରଣ ସମ୍ଭାବ୍ୟତା 1.5 VRHE କୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 26)। NiOOH ଏବଂ NiVOOH (ଚିତ୍ର 4c) ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଶୋଷଣ ଆଚରଣ ତଦନ୍ତ କରିବା ପାଇଁ ସ୍ପିନ୍-ପୋଲାରାଇଜଡ୍ DFT ଗଣନା କରାଯାଇଥିଲା। ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ NiOOH ରେ Ni-କେନ୍ଦ୍ରରେ -0.57 eV ର ଶୋଷଣ ଶକ୍ତି (Eads) ସହିତ ଶୋଷିତ ହୁଏ, ଯେତେବେଳେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ NiVOOH ରେ Ni-କେନ୍ଦ୍ର କିମ୍ବା V-କେନ୍ଦ୍ରରେ ଶୋଷିତ ହୋଇପାରେ, ଯେଉଁଠାରେ V-କେନ୍ଦ୍ର ବହୁତ କମ୍ Eads (-0.69 eV) ପ୍ରଦାନ କରେ, NiVOOH ରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷିତ ଶକ୍ତିଶାଳୀ ଶୋଷଣ ସହିତ ସୁସଙ୍ଗତ।
ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଶୋଷଣ AA ଗଠନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିପାରେ ଏବଂ OER କୁ ବାଧା ଦେଇପାରେ ତାହା ଆହୁରି ଯାଞ୍ଚ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠରେ (Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ପାଇଁ) ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନକୁ ସମୃଦ୍ଧ କରିବା ପାଇଁ ବିଚ୍ଛିନ୍ନ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ରଣନୀତି ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ, ଯାହା ପୂର୍ବ ରିପୋର୍ଟଗୁଡ଼ିକ ଦ୍ୱାରା ଅନୁପ୍ରାଣିତ ହୋଇଥିଲା। 51, 52 ବିଶେଷକରି, ଆମେ COR ରେ 1.8 VRHE ର ଏକ ବିଭବ ପ୍ରୟୋଗ କରିଥିଲୁ, ତାପରେ ଏହାକୁ OCP ସ୍ଥିତିକୁ ସ୍ୱିଚ୍ କରିଥିଲୁ, ଏବଂ ତାପରେ ଏହାକୁ 1.8 VRHE କୁ ଫେରାଇ ଆଣିଥିଲୁ। ଏହି କ୍ଷେତ୍ରରେ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଜ୍ ମଧ୍ୟରେ OCP ଅବସ୍ଥାରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠରେ ଜମା ହୋଇପାରେ (ବିସ୍ତୃତ ପ୍ରକ୍ରିୟା ପାଇଁ ପଦ୍ଧତି ବିଭାଗ ଦେଖନ୍ତୁ)। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଇଥିଲା ଯେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ପାଇଁ, ବିଚ୍ଛିନ୍ନ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଷମତା ବ୍ୟବହାର କରି ସ୍ଥିର ବିଭବ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଷମତା ତୁଳନାରେ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିଥିଲା ​​(ଚିତ୍ର 4d)। ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ, Ni(OH)2-NS, NiV-LDH-NS ତୁଳନାରେ COR (AA FE: 51% ରୁ 82%) ଏବଂ OER (O2 FE: 27% ରୁ 4%) ର ଦମନରେ ଅଧିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ଉନ୍ନତି ଦେଖାଇଛି, ଯାହା ଏହି କାରଣ ପାଇଁ ଦାୟୀ କରାଯାଇଥିଲା ଯେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ସଂଗ୍ରହକୁ ଦୁର୍ବଳ ଶୋଷଣ କ୍ଷମତା (ଯଥା, Ni(OH)2-NS) ସହିତ ଅନ୍ତରଗତ ବିଭାଜନୀୟ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ ଦ୍ୱାରା ଅଧିକ ପରିମାଣରେ ଉନ୍ନତ କରାଯାଇପାରିବ।
ସାମଗ୍ରିକ ଭାବରେ, NiV-LDH-NS ରେ OER ର ପ୍ରତିରୋଧ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଶୋଷଣ (ଚିତ୍ର 4e) ପାଇଁ ଦାୟୀ କରାଯାଇପାରେ। Ni(OH)2-NS (ଚିତ୍ର 4e, ଉପର) ରେ, ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଦୁର୍ବଳ ଶୋଷଣ ଫଳରେ ଏକ ତୁଳନାତ୍ମକ ଭାବରେ କମ୍ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ କଭରେଜ ଏବଂ ଏକ ତୁଳନାତ୍ମକ ଭାବରେ ଉଚ୍ଚ OH* କଭରେଜ ହୋଇଥିଲା। ତେଣୁ, ଅଧିକ OH* ପ୍ରଜାତି OER ପାଇଁ କଠିନ ପ୍ରତିଯୋଗିତାର କାରଣ ହେବ ଏବଂ AA ର ​​FE ହ୍ରାସ କରିବ। ବିପରୀତରେ, NiV-LDH-NS (ଚିତ୍ର 4e, ତଳ) ରେ, V ପରିବର୍ତ୍ତନ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଶୋଷଣ କ୍ଷମତା ବୃଦ୍ଧି କରିଥିଲା, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପୃଷ୍ଠ C ବୃଦ୍ଧି କରିଥିଲା ​​ଏବଂ COR ପାଇଁ ଶୋଷିତ OH* ପ୍ରଜାତିକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲା, AA ଗଠନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିଥିଲା ​​ଏବଂ OER କୁ ନିରୋଧ କରିଥିଲା।
Ni ପ୍ରଜାତି ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଶୋଷଣର ପୁନଃନିର୍ମାଣ ଉପରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନର ପ୍ରଭାବ ତଦନ୍ତ କରିବା ସହିତ, ଆମେ ଏହା ମଧ୍ୟ ତଦନ୍ତ କରିଥିଲୁ ଯେ V COR ରୁ AA ଗଠନ ପଥକୁ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରେ କି ନାହିଁ। ସାହିତ୍ୟରେ ଅନେକ ଭିନ୍ନ COR ପଥ ପ୍ରସ୍ତାବିତ ହୋଇଛି, ଏବଂ ଆମେ ଆମର ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପ୍ରଣାଳୀରେ ସେମାନଙ୍କର ସମ୍ଭାବନା ବିଶ୍ଳେଷଣ କରିଛୁ (ଅଧିକ ବିବରଣୀ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 27 ଏବଂ ପରିପୂରକ ନୋଟ୍ 6 ଦେଖନ୍ତୁ) 13,14,26। ପ୍ରଥମେ, ଏହା ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଛି ଯେ COR ପଥ ପ୍ରଥମ ପଦକ୍ଷେପରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ଅକ୍ସିଡେସନ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ ହୋଇପାରେ ଯାହା ମୁଖ୍ୟ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ 2-ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସିସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ (2) 13,14 ଗଠନ କରିଥାଏ। ପ୍ରକ୍ରିୟା ଯାଞ୍ଚ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠରେ ଶୋଷିତ ସକ୍ରିୟ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀଗୁଡ଼ିକୁ ଫସାଇବା ପାଇଁ 5,5-ଡାଇମିଥାଇଲ୍-1-ପାଇରୋଲିଡିନ୍ N-ଅକ୍ସାଇଡ୍ (DMPO) ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ ଏବଂ EPR ଅଧ୍ୟୟନ କରିଥିଲୁ। EPR ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ COR ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ ଉଭୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ C-କେନ୍ଦ୍ରିତ ରାଡିକାଲ୍ସ (R ) ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସିଲ୍ ରାଡିକାଲ୍ସ (OH ) ର ଉପସ୍ଥିତି ପ୍ରକାଶ କରିଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର Cα − H ଡିହାଇଡ୍ରୋଜେନେସନ୍ ଏକ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ ଏନୋଲେଟ୍ ରାଡିକାଲ୍ (1) ଗଠନ କରେ, ଯାହା ପରେ OH* ଦ୍ୱାରା ଆହୁରି ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ ହୋଇ 2 ଗଠନ କରେ (ଚିତ୍ର 5a ଏବଂ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 28)। ଯଦିଓ ଉଭୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ ସମାନ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ ଚିହ୍ନଟ କରାଯାଇଥିଲା, NiV-LDH-NS ରେ R ସିଗ୍ନାଲର କ୍ଷେତ୍ରଫଳ ଅଂଶ Ni(OH)2-NS ତୁଳନାରେ ତୁଳନାତ୍ମକ ଭାବରେ ଅଧିକ ଥିଲା, ଯାହା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଶୋଷଣ କ୍ଷମତା ଯୋଗୁଁ ହୋଇପାରେ (ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 3 ଏବଂ ଟିପ୍ପଣୀ 7)। V ପରବର୍ତ୍ତୀ ଅକ୍ସିଡାଇସନ୍ ପଦକ୍ଷେପକୁ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରିବ କି ନାହିଁ ତାହା ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ ଆମେ ଆହୁରି 2 ଏବଂ 1,2-ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନେଡିଓନ୍ (3) କୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ପାଇଁ ଆରମ୍ଭ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ। Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ (2 ଏବଂ 3) ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ଫଳାଫଳ ତୁଳନାତ୍ମକ ଉତ୍ପାଦ ଚୟନକୁ ଦେଖାଇଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଲା ଯେ Ni(OH)2-NS କିମ୍ବା NiV-LDH-NS ରେ COR ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ସମାନ ପଥ ଦେଇ ଆଗକୁ ବଢ଼ିଥିଲା ​​(ଚିତ୍ର 5b)। ଅଧିକନ୍ତୁ, AA କେବଳ ସେତେବେଳେ ପ୍ରମୁଖ ଉତ୍ପାଦ ଥିଲା ଯେତେବେଳେ 2 କୁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୋଇଥିଲା, ଏହା ସୂଚାଇ ଦେଉଛି ଯେ AA ଉଭୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ ପରବର୍ତ୍ତୀ 3 କୁ ଅକ୍ସିଡେସନ ବଦଳରେ 2 ର Cα − Cβ ବଣ୍ଡର କ୍ଲିଭେଜ୍ ମାଧ୍ୟମରେ ଏକ ସିଧାସଳଖ ଅକ୍ସିଡେସନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ମାଧ୍ୟମରେ ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇଥିଲା, କାରଣ 3 କୁ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହେବା ସମୟରେ ଏହା ମୁଖ୍ୟତଃ GA ରେ ରୂପାନ୍ତରିତ ହୋଇଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 29, 30)।
0.5 M KOH + 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରେ NiV-LDH-NS ର EPR ସଙ୍କେତ। b 2-ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସିସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ (2) ଏବଂ 1,2-ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ (3) ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ ବିଶ୍ଳେଷଣର ଫଳାଫଳ। 0.5 M KOH ଏବଂ 0.1 M 2 କିମ୍ବା 3 ରେ 1.8 VRE ରେ ଏକ ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ କରାଯାଇଥିଲା। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ସମାନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟବହାର କରି ଦୁଇଟି ସ୍ୱାଧୀନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। c ଦୁଇଟି ଉତ୍ପ୍ରକାଶକରେ COR ର ପ୍ରସ୍ତାବିତ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପଥ। d Ni(OH)2-NS (ବାମ) ଏବଂ d NiV-LDH-NS (ଡାହାଣ) ରେ COR ପଥ ର ଯୋଜନାବଦ୍ଧ ଚିତ୍ରଣ। ଲାଲ ତୀରଗୁଡ଼ିକ COR ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରୁଥିବା ପଦକ୍ଷେପଗୁଡ଼ିକୁ ସୂଚିତ କରେ। a ଏବଂ b ପାଇଁ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଫାଇଲରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି।
ସାମଗ୍ରିକ ଭାବରେ, ଆମେ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଛୁ ଯେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ସମାନ ପଥ ମାଧ୍ୟମରେ COR କୁ ଉତ୍ତେଜିତ କରନ୍ତି: ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ପୃଷ୍ଠରେ ଶୋଷିତ ହୁଏ, ଡିହାଇଡ୍ରୋଜେନେଟେଡ୍ ହୁଏ ଏବଂ 1 ଗଠନ ପାଇଁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନକୁ ହରାଇଥାଏ, ଯାହା ପରେ OH* ଦ୍ୱାରା ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ ହୋଇ 2 ଗଠନ ହୁଏ, ତା’ପରେ AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ ବହୁସ୍ତରୀୟ ପରିବର୍ତ୍ତନ ହୁଏ (ଚିତ୍ର 5c)। ତଥାପି, ଯେତେବେଳେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନକୁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା, ସେତେବେଳେ OER ପ୍ରତିଯୋଗିତା କେବଳ Ni(OH)2-NS ରେ ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା, ଯେତେବେଳେ 2 ଏବଂ 3 କୁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାକାରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା ସେତେବେଳେ ସର୍ବନିମ୍ନ ପରିମାଣର ଅମ୍ଳଜାନ ସଂଗ୍ରହ କରାଯାଇଥିଲା। ତେଣୁ, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାରେ ପରିଲକ୍ଷିତ ପାର୍ଥକ୍ୟ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପଥରେ ପରିବର୍ତ୍ତନ ବଦଳରେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ ଦ୍ୱାରା ସୃଷ୍ଟି ହୋଇଥିବା RDS ଶକ୍ତି ବାଧା ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଶୋଷଣ କ୍ଷମତାରେ ପରିବର୍ତ୍ତନ ହେତୁ ହୋଇପାରେ। ତେଣୁ ଆମେ ଉଭୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ଉପରେ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପଥଗୁଡ଼ିକର RDS ବିଶ୍ଳେଷଣ କରିଥିଲୁ। ଉପରୋକ୍ତ ଇନ ସିଟୁ ଏକ୍ସ-ରେ ଆକୋଷ୍ଟିକ୍ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି ଫଳାଫଳ ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ V ପରିବର୍ତ୍ତନ COR ପ୍ରତିକ୍ରିୟାରେ RDSକୁ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପର୍ଯ୍ୟାୟରୁ ରାସାୟନିକ ପର୍ଯ୍ୟାୟକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ କରେ, NiOOH ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ ଉଚ୍ଚ-ଭାଲେଣ୍ଟ Ni ପ୍ରଜାତିକୁ ଅକ୍ଷୁର୍ଣ୍ଣ ରଖେ (ଚିତ୍ର 3f, ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 24, ଏବଂ ଟିପ୍ପଣୀ 4)। ଆମେ CV ମାପ ସମୟରେ ବିଭିନ୍ନ ସମ୍ଭାବ୍ୟ କ୍ଷେତ୍ରର ପ୍ରତ୍ୟେକ ଅଂଶରେ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତ୍ୱ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରାଯାଇଥିବା ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପ୍ରକ୍ରିୟାଗୁଡ଼ିକୁ ଆହୁରି ବିଶ୍ଳେଷଣ କରିଥିଲୁ (ବିବରଣୀ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 31 ଏବଂ ଟିପ୍ପଣୀ 8 ଦେଖନ୍ତୁ) ଏବଂ H/D ଗତିଜ ଆଇସୋଟୋପ୍ ବିନିମୟ ପରୀକ୍ଷଣ କରିଥିଲୁ, ଯାହା ସାମୂହିକ ଭାବରେ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା ​​ଯେ NiV-LDH-NS ରେ COR ର RDS ହ୍ରାସ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ବଦଳରେ ରାସାୟନିକ ପର୍ଯ୍ୟାୟରେ Cα − H ବନ୍ଧନର କ୍ଲିଭେଜ୍ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ କରେ (ଅଧିକ ବିବରଣୀ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 32 ଏବଂ ଟିପ୍ପଣୀ 8 ଦେଖନ୍ତୁ)।
ଉପରୋକ୍ତ ବିଶ୍ଳେଷଣ ଉପରେ ଆଧାର କରି, V ପରିବର୍ତ୍ତନର ସାମଗ୍ରିକ ପ୍ରଭାବ ଚିତ୍ର 5d ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ଉତ୍ପ୍ରକାଶକମାନେ ଉଚ୍ଚ ଆନୋଡିକ୍ ସମ୍ଭାବନାରେ ପୃଷ୍ଠ ପୁନଃନିର୍ମାଣ କରନ୍ତି ଏବଂ ସମାନ ପଥ ମାଧ୍ୟମରେ COR କୁ ଉତ୍ତେଜିତ କରନ୍ତି। Ni(OH)2-NS (ଚିତ୍ର 5d, ବାମ) ରେ, COR ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପଦକ୍ଷେପ ହେଉଛି RDS; ଯେତେବେଳେ NiV-LDH-NS (ଚିତ୍ର 5d, ଡାହାଣ) ରେ, V ପରିବର୍ତ୍ତନ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ପ୍ରକ୍ରିୟାକୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ତ୍ୱରାନ୍ୱିତ କରିଥିଲା ​​ଏବଂ RDS କୁ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର Cα−H ଡିହାଇଡ୍ରୋଜେନେସନରେ 1 ରୂପରେ ପରିଣତ କରିଥିଲା। ଏହା ସହିତ, V ସ୍ଥାନରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଶୋଷଣ ଘଟିଥିଲା ​​ଏବଂ NiV-LDH-NS ରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଥିଲା, ଯାହା OER ର ଦମନରେ ଯୋଗଦାନ ଦେଇଥିଲା।
ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପରିସର ମଧ୍ୟରେ ଉଚ୍ଚ FE ସହିତ NiV-LDH-NS ର ଉତ୍କୃଷ୍ଟ ବିଦ୍ୟୁତ୍ କାଟାଲିଟିକ୍ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ବିଚାର କରି, ଆମେ AA ର ​​ନିରନ୍ତର ଉତ୍ପାଦନ ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ଏକ MEA ଡିଜାଇନ୍ କରିଥିଲୁ। MEA କୁ NiV-LDH-NS କୁ ଆନୋଡ୍ ଭାବରେ, ବାଣିଜ୍ୟିକ PtRu/C କୁ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଭାବରେ ଏବଂ ଏକ ଆନାୟନ ବିନିମୟ ଝିଲ୍ଲୀ (ପ୍ରକାର: FAA-3-50) (ଚିତ୍ର 6a ଏବଂ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 33) 54 ବ୍ୟବହାର କରି ଏକତ୍ରିତ କରାଯାଇଥିଲା। ଯେହେତୁ ଉପରୋକ୍ତ ଅଧ୍ୟୟନରେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା ଏବଂ AA ର ​​FE 0.5 M KOH ସହିତ ତୁଳନୀୟ ଥିଲା, ତେଣୁ ଆନୋଲାଇଟ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତାକୁ 1 M KOH (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 25c) କୁ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ କରାଯାଇଥିଲା। ରେକର୍ଡ ହୋଇଥିବା LSV ବକ୍ରଗୁଡ଼ିକୁ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 34 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି, ଯାହା ସୂଚିତ କରୁଛି ଯେ NiV-LDH-NS ର COR ଦକ୍ଷତା Ni(OH)2-NS ତୁଳନାରେ ଯଥେଷ୍ଟ ଅଧିକ। NiV-LDH-NS ର ଶ୍ରେଷ୍ଠତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିବା ପାଇଁ, 50 ରୁ 500 mA cm−2 ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଏକ ଷ୍ଟେପ୍ କରେଣ୍ଟ ଘନତା ସହିତ ସ୍ଥିର କରେଣ୍ଟ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ ଅନୁରୂପ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ ରେକର୍ଡ କରାଯାଇଥିଲା। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ NiV-LDH-NS 300 mA cm−2 ର ଏକ କରେଣ୍ଟ ଘନତାରେ 1.76 V ର ଏକ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିଥିଲା, ଯାହା Ni(OH)2-NS (2.09 V) ତୁଳନାରେ ପ୍ରାୟ 16% କମ୍ ଥିଲା, ଯାହା AA ଉତ୍ପାଦନରେ ଏହାର ଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତାକୁ ସୂଚିତ କରେ (ଚିତ୍ର 6b)।
ପ୍ରବାହ ବ୍ୟାଟେରୀର ଯୋଜନାବଦ୍ଧ ଚିତ୍ର। b ବିଭିନ୍ନ ଚଳନ୍ତି ଘନତାରେ 1 M KOH ଏବଂ 0.4 M ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନରେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ଉପରେ iR କ୍ଷତିପୂରଣ ବିନା କୋଷ ଭୋଲଟେଜ। c ବିଭିନ୍ନ ଚଳନ୍ତି ଘନତାରେ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ଉପରେ AA ଏବଂ FE ଉପଜ। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ସମାନ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟବହାର କରି ଦୁଇଟି ସ୍ୱାଧୀନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। d ଅନ୍ୟ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା ପ୍ରବାହ ବ୍ୟାଟେରୀ ସିଷ୍ଟମ ସହିତ ଆମର କାର୍ଯ୍ୟର ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାର ତୁଳନା14,17,19। ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପାରାମିଟର ଏବଂ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକୁ ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 2 ରେ ବିସ୍ତୃତ ଭାବରେ ତାଲିକାଭୁକ୍ତ କରାଯାଇଛି। e ଦୀର୍ଘକାଳୀନ ପରୀକ୍ଷାରେ ଯଥାକ୍ରମେ 200 ଏବଂ 300 mA cm−2 ରେ NiV-LDH-NS ଉପରେ AA ର ​​କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଏବଂ FE। be ପାଇଁ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଏକ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଫାଇଲ୍ ଭାବରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି।
ଏହି ସମୟରେ, ଚିତ୍ର 6c ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, NiV-LDH-NS ମୂଳତଃ ଉଚ୍ଚ ଧାରାର ଘନତା (200 ରୁ 500 mA cm-2) ରେ ଭଲ FE (83% ରୁ 61%) ବଜାୟ ରଖିଥିଲା, ଯାହା ଫଳରେ AA ଉତ୍ପାଦକତା (1031 ରୁ 1900 μmol cm-2 h-1) ଉନ୍ନତ ହୋଇଥିଲା। ଏହି ସମୟରେ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ପରେ କ୍ୟାଥୋଡ୍ କମ୍ପାର୍ଟମେଣ୍ଟରେ କେବଳ 0.8% ଆଡିପିକ୍ ଏସିଡ୍ ଆନାୟନ ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ଆମ କ୍ଷେତ୍ରରେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ନଥିଲା (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 35)। ବିପରୀତରେ, ଧାରାର ଘନତାର ସମାନ ବୃଦ୍ଧି ହାର ସହିତ, Ni(OH)2-NS ରେ AA ର ​​FE 61% ରୁ 34% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା, ଯାହା AA ଉତ୍ପାଦକତା (762 ରୁ 1050 μmol cm-2 h-1) କୁ ଉନ୍ନତ କରିବା କଷ୍ଟକର କରିଥିଲା। ବିଶେଷକରି, OER ଠାରୁ ପ୍ରବଳ ପ୍ରତିଯୋଗିତା ଯୋଗୁଁ AA ର ​​କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ସାମାନ୍ୟ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା, ଏବଂ ଏହିପରି AA ର ​​FE ଧାର୍ୟ୍ୟ ଘନତା ବୃଦ୍ଧି ସହିତ ତୀବ୍ର ଭାବରେ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା (200 ରୁ 250 mA cm−2, ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 5)। ଆମର ଜ୍ଞାନ ଅନୁସାରେ, NiV-LDH-NS ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସହିତ MEA ବ୍ୟବହାର କରି ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଫଳାଫଳ Ni-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସହିତ ପୂର୍ବରୁ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା ପ୍ରବାହ ରିଆକ୍ଟରର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ଯଥେଷ୍ଟ ଭାବରେ ଅତିକ୍ରମ କରେ (ପରିପୂରକ ସାରଣୀ 2)। ଅଧିକନ୍ତୁ, ଚିତ୍ର 6d ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, NiV-LDH-NS ସର୍ବୋତ୍ତମ ପ୍ରଦର୍ଶନକାରୀ ସହ-ଆଧାରିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ, ଅର୍ଥାତ୍, ଗ୍ରାଫିନ-ସମର୍ଥିତ Co3O4 (Co3O4/GDY) ତୁଳନାରେ AA ର ​​ଧାର୍ୟ୍ୟ ଘନତା, କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଏବଂ FE ଦୃଷ୍ଟିରୁ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ସୁବିଧା ଦେଖାଇଛି। ଏହା ସହିତ, ଆମେ AA ଉତ୍ପାଦନର ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହାର ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କରି ଦେଖାଇଲୁ ଯେ AA ବ୍ୟବହାର ବହୁତ କମ୍ ଥିଲା, 300 mA cm-2 ର ଏକ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା ଏବଂ 1.76 V ର ଏକ କୋଷ ଭୋଲଟେଜରେ କେବଳ 2.4 Wh gAA-1 (ବିସ୍ତୃତ ଗଣନା ପରିପୂରକ ନୋଟ୍ 1 ରେ ପ୍ରଦାନ କରାଯାଇଛି)। ପୂର୍ବରୁ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା Co3O4/GDY ପାଇଁ 4.1 W h gAA-1 ର ସର୍ବୋତ୍ତମ ଫଳାଫଳ ତୁଳନାରେ, ଆମ କାର୍ଯ୍ୟରେ AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ ଶକ୍ତି ବ୍ୟବହାର 42% ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା ଏବଂ ଉତ୍ପାଦକତା 4 ଗୁଣ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଥିଲା (1536 vs. 319 μmol cm-2 h-1)17।
MEA ରେ ଦୀର୍ଘକାଳୀନ AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ NiV-LDH-NS ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ସ୍ଥିରତା ଯଥାକ୍ରମେ 200 ଏବଂ 300 mA cm-2 ର ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତ୍ୱରେ ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କରାଯାଇଥିଲା (ଚିତ୍ର 6e)। ଯେହେତୁ OH− ଅଧିକ ଧାରାର ଘନତ୍ୱରେ ଦ୍ରୁତ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ, 300 mA cm-2 ରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ନବୀକରଣ ହାର 200 mA cm-2 ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ (ବିବରଣୀ ପାଇଁ "ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ ମାପ" ଉପବିଭାଗ ଦେଖନ୍ତୁ)। 200 mA cm-2 ର ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତ୍ୱରେ, ହାରାହାରି COR ଦକ୍ଷତା ପ୍ରଥମ 6 ଘଣ୍ଟାରେ 93% ଥିଲା, ତା'ପରେ 60 ଘଣ୍ଟା ପରେ ସାମାନ୍ୟ ହ୍ରାସ ପାଇ 81% ହୋଇଥିଲା, ଯେତେବେଳେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ 7% (1.62 V ରୁ 1.73 V) ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ସାମାନ୍ୟ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଥିଲା, ଯାହା ଭଲ ସ୍ଥିରତା ସୂଚାଇଥାଏ। ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତା 300 mA cm−2 କୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇବା ସହିତ, AA ଦକ୍ଷତା ପ୍ରାୟ ଅପରିବର୍ତ୍ତିତ ରହିଲା (85% ରୁ 72% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଛି), କିନ୍ତୁ 46-ଘଣ୍ଟା ପରୀକ୍ଷଣ ସମୟରେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା (ଚିତ୍ର 6e)। ଆମେ ଅନୁମାନ କରୁଛୁ ଯେ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ହ୍ରାସର ମୁଖ୍ୟ କାରଣ ହେଉଛି ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଦ୍ୱାରା ଆନାୟନ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ ମେମ୍ବ୍ରାନ (AEM) ର କ୍ଷୟ, ଯାହା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଜର କୋଷର କୋଷ ପ୍ରତିରୋଧ ଏବଂ ଭୋଲଟେଜରେ ବୃଦ୍ଧି ଘଟାଇଥାଏ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 36), ଆନୋଡ୍ ରୁ କ୍ୟାଥୋଡକୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟର ସାମାନ୍ୟ ଲିକେଜ୍ ସହିତ, ଯାହା ଫଳରେ ଆନୋଲାଇଟ୍ ପରିମାଣ ହ୍ରାସ ପାଇଥାଏ ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ବନ୍ଦ କରିବାର ଆବଶ୍ୟକତା ଦେଖାଦେଇଥାଏ। ଏହା ସହିତ, AA ର ​​FE ରେ ହ୍ରାସ ମଧ୍ୟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ଲିଚିଂ ଯୋଗୁଁ ହୋଇପାରେ, ଯାହା OER ପାଇଁ Ni ଫୋମ ଖୋଲିବାକୁ ସମର୍ଥନ କରେ। 300 mA cm−2 ରେ ସ୍ଥିରତାର ଅବନତି ଉପରେ କ୍ଷୟ ହୋଇଥିବା AEM ର ପ୍ରଭାବ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ 46 ଘଣ୍ଟା ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ ପରେ ଏହାକୁ ଏକ ନୂତନ AEM ସହିତ ବଦଳାଇଲୁ। ଆଶା ଅନୁଯାୟୀ, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଦକ୍ଷତା ସ୍ପଷ୍ଟ ଭାବରେ ପୁନଃସ୍ଥାପିତ ହୋଇଥିଲା, କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ମୂଲ୍ୟ (2.09 ରୁ 1.71 V) ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଯଥେଷ୍ଟ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା ଏବଂ ତା’ପରେ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣର ପରବର୍ତ୍ତୀ 12 ଘଣ୍ଟା ମଧ୍ୟରେ ସାମାନ୍ୟ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଥିଲା (1.71 ରୁ 1.79 V, 5% ବୃଦ୍ଧି; ଚିତ୍ର 6e)।
ସାମଗ୍ରିକ ଭାବରେ, ଆମେ 200 mA cm−2 ର ଏକ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତାରେ 60 ଘଣ୍ଟା ନିରନ୍ତର AA ଉତ୍ପାଦନ ସ୍ଥିରତା ହାସଲ କରିପାରିଲୁ, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ AA ର ​​FE ଏବଂ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଭଲ ଭାବରେ ବଜାୟ ରହିଛି। ଆମେ 300 mA cm−2 ର ଏକ ଉଚ୍ଚ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା ମଧ୍ୟ ଚେଷ୍ଟା କରିଥିଲୁ ଏବଂ 58 ଘଣ୍ଟାର ସାମଗ୍ରିକ ସ୍ଥିରତା ହାସଲ କରିଥିଲୁ, 46 ଘଣ୍ଟା ପରେ AEM କୁ ଏକ ନୂତନ ସହିତ ବଦଳାଇଥିଲୁ। ଉପରୋକ୍ତ ଅଧ୍ୟୟନଗୁଡ଼ିକ ଉତ୍ପ୍ରେରକର ସ୍ଥିରତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ ଏବଂ ଶିଳ୍ପ ଦୃଷ୍ଟିରୁ ଆଦର୍ଶ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତାରେ ନିରନ୍ତର AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ MEA ର ଦୀର୍ଘକାଳୀନ ସ୍ଥିରତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ ଉଚ୍ଚ-ଶକ୍ତି AEM ର ଭବିଷ୍ୟତ ବିକାଶର ଆବଶ୍ୟକତାକୁ ସ୍ପଷ୍ଟ ଭାବରେ ସୂଚିତ କରେ।
ଆମର MEA ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉପରେ ଆଧାର କରି, ଆମେ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଫିଡିଂ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍, ନିରପେକ୍ଷତା ଏବଂ ପୃଥକୀକରଣ ୟୁନିଟ୍ ସହିତ ଏକ ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ AA ଉତ୍ପାଦନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ପ୍ରସ୍ତାବ ଦେଇଥିଲୁ (ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 37)। ଏକ ଆଲକାଲାଇନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକ୍ୟାଟାଲିଟିକ୍ କାର୍ବୋକ୍ସିଲେଟ୍ ଉତ୍ପାଦନ ମଡେଲ55 ବ୍ୟବହାର କରି ସିଷ୍ଟମର ଆର୍ଥିକ ସମ୍ଭାବ୍ୟତା ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି କ୍ଷେତ୍ରରେ, ଖର୍ଚ୍ଚରେ ପୁଞ୍ଜି, କାର୍ଯ୍ୟ ଏବଂ ସାମଗ୍ରୀ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ (ଚିତ୍ର 7a ଏବଂ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର 38), ଏବଂ ରାଜସ୍ୱ AA ଏବଂ H2 ଉତ୍ପାଦନରୁ ଆସେ। TEA ଫଳାଫଳ ଦର୍ଶାଏ ଯେ ଆମର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପରିସ୍ଥିତି (ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତ୍ୱ 300 mA cm-2, କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ 1.76 V, FE 82%) ଅଧୀନରେ, ମୋଟ ଖର୍ଚ୍ଚ ଏବଂ ରାଜସ୍ୱ ଯଥାକ୍ରମେ US$2429 ଏବଂ US$2564, ଯାହା ଉତ୍ପାଦିତ AA ପ୍ରତି ଟନ୍ US$135 ର ନିଟ୍ ଲାଭରେ ପରିଣତ ହୁଏ (ବିବରଣୀ ପାଇଁ ପରିପୂରକ ଟିପ୍ପଣୀ 9 ଦେଖନ୍ତୁ)।
a ମୂଳ କେସ୍ ପରିସ୍ଥିତିରେ AA ବୈଦ୍ୟୁତିକ ରାସାୟନିକ ପ୍ରକ୍ରିୟାର ମୋଟ ମୂଲ୍ୟ FE 82%, 300 mA cm−2 ର ଚଳନ୍ତି ଘନତା ଏବଂ 1.76 V ର ଚଳନ୍ତି ଭୋଲଟେଜ୍। b FE ଏବଂ c ଚଳନ୍ତି ଘନତା ପାଇଁ ତିନୋଟି ଖର୍ଚ୍ଚର ସମ୍ବେଦନଶୀଳତା ବିଶ୍ଳେଷଣ। ସମ୍ବେଦନଶୀଳତା ବିଶ୍ଳେଷଣରେ, କେବଳ ଅଧ୍ୟୟନ କରାଯାଇଥିବା ପାରାମିଟରଗୁଡ଼ିକୁ ଭିନ୍ନ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ TEA ମଡେଲ ଉପରେ ଆଧାରିତ ଅନ୍ୟ ପାରାମିଟରଗୁଡ଼ିକୁ ସ୍ଥିର ରଖାଯାଇଥିଲା। d AA ବୈଦ୍ୟୁତିକ ସଂଶ୍ଳେଷଣର ଲାଭ ଏବଂ Ni(OH)2-NS ଏବଂ NiV-LDH-NS ବ୍ୟବହାର କରି ଲାଭ ଉପରେ ଭିନ୍ନ FE ଏବଂ ଚଳନ୍ତି ଘନତାର ପ୍ରଭାବ, ଏହା ଧରି ଯେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ 1.76 V ରେ ସ୍ଥିର ରଖାଯାଇଛି। a–d ପାଇଁ ଇନପୁଟ୍ ତଥ୍ୟ କଞ୍ଚା ତଥ୍ୟ ଫାଇଲରେ ଦିଆଯାଇଛି।
ଏହି ଆଧାର ଉପରେ ଆଧାର କରି, ଆମେ AA ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋସିନ୍ଥେସିସ୍ ର ଲାଭଦାୟକତା ଉପରେ FE ଏବଂ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା ର ପ୍ରଭାବ ବିଷୟରେ ଅଧିକ ଅନୁସନ୍ଧାନ କରିଛୁ। ଆମେ ପାଇଲୁ ଯେ ଲାଭଦାୟକତା AA ର ​​FE ପ୍ରତି ବହୁତ ସମ୍ବେଦନଶୀଳ, କାରଣ FE ରେ ହ୍ରାସ ଫଳରେ କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମ ମୂଲ୍ୟରେ ଏକ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ବୃଦ୍ଧି ଘଟେ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ସାମଗ୍ରିକ ମୂଲ୍ୟ ଯଥେଷ୍ଟ ବୃଦ୍ଧି ପାଏ (ଚିତ୍ର 7b)। ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା ବିଷୟରେ, ଏକ ଉଚ୍ଚ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା (>200 mA cm-2) ମୁଖ୍ୟତଃ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟିକ୍ କୋଷ କ୍ଷେତ୍ରକୁ କମ କରି ପୁଞ୍ଜି ଖର୍ଚ୍ଚ ଏବଂ ପ୍ଲାଣ୍ଟ ନିର୍ମାଣ ଖର୍ଚ୍ଚକୁ ହ୍ରାସ କରିବାରେ ସାହାଯ୍ୟ କରେ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ଲାଭ ବୃଦ୍ଧିରେ ଯୋଗଦାନ କରେ (ଚିତ୍ର 7c)। ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା ସହିତ ତୁଳନା କଲେ, FE ଲାଭ ଉପରେ ଅଧିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ପ୍ରଭାବ ପକାଇଥାଏ। ଲାଭ ଉପରେ FE ଏବଂ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତାର ପ୍ରଭାବକୁ ବର୍ଣ୍ଣିତ କରି, ଆମେ ସ୍ପଷ୍ଟ ଭାବରେ ଲାଭଦାୟକତା ସୁନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ ଶିଳ୍ପଗତ ଭାବରେ ପ୍ରାସଙ୍ଗିକ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା (>200 mA cm-2) ରେ ଉଚ୍ଚ FE (>60%) ହାସଲ କରିବାର ଗୁରୁତ୍ୱ ଦେଖିପାରୁଛୁ। AA ର ​​ଉଚ୍ଚ FE ମୂଲ୍ୟ ଯୋଗୁଁ, NiV-LDH-NS ସହିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଭାବରେ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ପ୍ରଣାଳୀ 100-500 mA cm−2 (ପେଣ୍ଟାଗ୍ରାମ୍ ବିନ୍ଦୁ; ଚିତ୍ର 7d) ରେ ଅନୁକୂଳ ରହିଥାଏ। ତଥାପି, Ni(OH)2-NS ପାଇଁ, ଉଚ୍ଚ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱ (>200 mA cm−2) ରେ FE ହ୍ରାସ କରିବା ଦ୍ଵାରା ପ୍ରତିକୂଳ ଫଳାଫଳ (ବୃତ୍ତ; ଚିତ୍ର 7d) ଆସିଥିଲା, ଯାହା ଉଚ୍ଚ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତ୍ୱରେ ଉଚ୍ଚ FE ସହିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ଗୁରୁତ୍ୱକୁ ଉଲ୍ଲେଖ କରିଥିଲା।
ପୁଞ୍ଜି ଏବଂ ପରିଚାଳନା ଖର୍ଚ୍ଚ ହ୍ରାସ କରିବାରେ ଉତ୍ପ୍ରେରକଙ୍କ ଗୁରୁତ୍ୱ ବ୍ୟତୀତ, ଆମର TEA ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ଲାଭଦାୟକତାକୁ ଦୁଇଟି ଉପାୟରେ ଆହୁରି ଉନ୍ନତ କରାଯାଇପାରିବ। ପ୍ରଥମଟି ହେଉଛି ନିରପେକ୍ଷୀକରଣ ୟୁନିଟର ଉପ-ଉତ୍ପାଦ ଭାବରେ ବଜାରରେ ପୋଟାସିୟମ୍ ସଲଫେଟ୍ (K2SO4) ସହ-ବିକ୍ରୟ କରିବା, କିନ୍ତୁ US$828/t AA-1 (ପରିପୂରକ ଟିପ୍ପଣୀ 9) ର ସମ୍ଭାବ୍ୟ ରାଜସ୍ୱ ସହିତ। ଦ୍ୱିତୀୟଟି ହେଉଛି ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାକୁ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ କରିବା, ଯେଉଁଥିରେ ସାମଗ୍ରୀ ପୁନଃଚକ୍ରଣ କିମ୍ବା ଅଧିକ ମୂଲ୍ୟ-ପ୍ରଭାବଶାଳୀ AA ପୃଥକୀକରଣ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାର ବିକାଶ (ନିରପେକ୍ଷୀକରଣ ଏବଂ ପୃଥକୀକରଣ ୟୁନିଟର ବିକଳ୍ପ) ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ବର୍ତ୍ତମାନ ବ୍ୟବହୃତ ଏସିଡ୍-ବେସ୍ ନିରପେକ୍ଷୀକରଣ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଉଚ୍ଚ ସାମଗ୍ରୀ ଖର୍ଚ୍ଚ (ଯାହା ସର୍ବାଧିକ 85.3% ଅଂଶ ପାଇଁ ହିସାବ କରାଯାଏ), ଯାହା ମଧ୍ୟରୁ 94% ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ୍ ଏବଂ KOH ($2069/t AA-1; ଚିତ୍ର 7a) ଯୋଗୁଁ ହୋଇପାରେ, କିନ୍ତୁ ଉପରେ ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯାଇଥିବା ପରି, ପ୍ରକ୍ରିୟାଟି ସାମଗ୍ରିକ ଭାବରେ ଲାଭଦାୟକ। ଆମେ ପରାମର୍ଶ ଦେଉଛୁ ଯେ KOH ଏବଂ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ନ ହୋଇଥିବା ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ପୁନରୁଦ୍ଧାର ପାଇଁ ଅଧିକ ଉନ୍ନତ ପଦ୍ଧତି ଦ୍ୱାରା ସାମଗ୍ରୀ ଖର୍ଚ୍ଚକୁ ଆହୁରି ହ୍ରାସ କରାଯାଇପାରିବ, ଯେପରିକି KOH14 ର ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ପୁନରୁଦ୍ଧାର ପାଇଁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡାୟାଲିସିସ୍ (ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡାୟାଲିସିସ୍ ମାଧ୍ୟମରେ US$1073/t AA-1 ଆନୁମାନିକ ମୂଲ୍ୟ; ପରିପୂରକ ଟିପ୍ପଣୀ 9)।
ସଂକ୍ଷେପରେ, Ni(OH)2 ନାନୋସିଟ୍‌ରେ V ପ୍ରବେଶ କରାଇ ଆମେ ଉଚ୍ଚ ଧାରାର ଘନତାରେ ଆଲୁମିନିୟମ ପରମାଣୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍‌ର ଉଚ୍ଚ ଦକ୍ଷତା ହାସଲ କରିଛୁ। 1.5–1.9 VRHE ର ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପରିସର ଏବଂ 170 mA cm−2 ର ଉଚ୍ଚ ଧାରାର ଘନତା ଅଧୀନରେ, NiV-LDH-NS ରେ AA FE 83–88% ରେ ପହଞ୍ଚିଛି, ଯେତେବେଳେ OER ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ 3% କୁ ଦମନ କରାଯାଇଥିଲା। V ପରିବର୍ତ୍ତନ Ni2+ କୁ Ni3+x କୁ ହ୍ରାସ କରିବାକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିଥିଲା ​​ଏବଂ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ଶୋଷଣକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିଥିଲା। ପରୀକ୍ଷାମୂଳକ ଏବଂ ତାତ୍ତ୍ୱିକ ତଥ୍ୟ ସୂଚିତ କରେ ଯେ ଉଦ୍ଦୀପିତ ପୁନଃନିର୍ମାଣ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନ ଅକ୍ସିଡେସନ ପାଇଁ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା ବୃଦ୍ଧି କରେ ଏବଂ Cα − H ସ୍କିସନ୍ ସହିତ COR ର RDS କୁ ପୁନଃନିର୍ମାଣରୁ ଡିହାଇଡ୍ରୋଜେନେସନ୍‌କୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ କରେ, ଯେତେବେଳେ ସାଇକ୍ଲୋହେକ୍ସାନୋନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଶୋଷଣ OER କୁ ଦମନ କରେ। MEA ର ବିକାଶ 300 mA cm−2 ର ଏକ ଶିଳ୍ପ ଧାରାର ଘନତା, 82% ର ଏକ ରେକର୍ଡ AA ଦକ୍ଷତା ଏବଂ 1536 μmol cm−2 h−1 ର ଉତ୍ପାଦକତାରେ ନିରନ୍ତର AA ଉତ୍ପାଦନ ହାସଲ କରିଛି। ଏକ 50 ଘଣ୍ଟାର ପରୀକ୍ଷଣରୁ ଜଣାପଡିଛି ଯେ NiV-LDH-NS ର ଭଲ ସ୍ଥିରତା ଅଛି କାରଣ ଏହା MEA ରେ ଉଚ୍ଚ AA FE ବଜାୟ ରଖିପାରେ (> 200 mA cm−2 ରେ 60 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ 80%; > 300 mA cm−2 ରେ 58 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ 70%)। ଏହା ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯିବା ଉଚିତ ଯେ ଶିଳ୍ପ ଦୃଷ୍ଟିରୁ ଆଦର୍ଶ ଚଳନ୍ତି ଘନତାରେ ଦୀର୍ଘକାଳୀନ ସ୍ଥିରତା ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ଅଧିକ ଶକ୍ତିଶାଳୀ AEM ବିକଶିତ କରିବାର ଆବଶ୍ୟକତା ଅଛି। ଏହା ସହିତ, TEA AA ଉତ୍ପାଦନ ପାଇଁ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ରଣନୀତିର ଆର୍ଥିକ ଲାଭ ଏବଂ ଖର୍ଚ୍ଚକୁ ଆହୁରି ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ ଉଚ୍ଚ-କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମତା ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଏବଂ ଉନ୍ନତ ପୃଥକୀକରଣ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାର ଗୁରୁତ୍ୱ ଉପରେ ଆଲୋକପାତ କରେ।