Nanocompositi di tubu capillare 304 Basati nantu à l'ossidu di tungstenu/fullerene cum'è elettrocatalizzatori è inibitori di reazioni parassitarie VO2+/VO2+ in acidi misti

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Composizione chimica di tubu di bobina d'acciaio inossidabile 304

304 Stainless Steel Coil Tube hè un tipu di lega austenitica di cromu-nichel.Sicondu u Stainless Steel 304 Coil Tube Manufacturer, u principale cumpunente in questu hè Cr (17% -19%), è Ni (8% -10.5%).Per migliurà a so resistenza à a corrosione, ci sò picculi quantità di Mn (2%) è Si (0,75%).

Pruprietà meccanica di u tubu di bobina in acciaio inox 304

E proprietà meccaniche di u tubu di bobina in acciaio inox 304 sò i seguenti:

• Forza di Tensile: ≥515MPa
• Forza di rendiment: ≥205MPa
• Allungamentu: ≥30%

Applicazioni è Usi di Tubi di bobina in acciaio inox 304

U costu relativamente altu di e batterie di flussu di vanadium redox (VRFB) limita u so usu generalizatu.A cinetica di reazzione elettrochimica deve esse migliurata per aumentà a densità di putenza è l'efficienza energetica di u VRFB, riducendu cusì u costu kWh di u VRFB.In questu travagliu, nanoparticelle di ossidu di tungstenu idratatu (HWO) sintetizzati idrotermalmente, C76 è C76 / HWO, sò stati dipositati nantu à elettrodi di tela di carbone è pruvati cum'è elettrocatalizzatori per a reazione redox VO2 + / VO2 +.Microscopia elettronica a scansione di emissioni di campu (FESEM), spettroscopia di raghji X di dispersione di energia (EDX), microscopia elettronica di trasmissione ad alta risoluzione (HR-TEM), diffrazione di raghji X (XRD), spettroscopia di fotoelettroni di raghji X (XPS), Fourier infrarossu. spettroscopia di trasformazione (FTIR) è misurazioni d'angolo di cuntattu.Hè statu truvatu chì l'aghjunzione di C76 fullerene à HWO pò rinfurzà a cinetica di l'elettrodu in quantu à a reazione redox VO2 + / VO2 + aumentendu a conduttività è furnisce gruppi funziunali chì cuntenenu ossigenu nantu à a so superficia.U compositu HWO / C76 (50% in peso C76) hè statu u più adattatu per a reazione VO2 + / VO2 + cù ΔEp di 176 mV paragunatu à 365 mV per u tela di carbone senza trattatu (UCC).Inoltre, u compostu HWO / C76 hà dimustratu una inibizione significativa di a reazione di l'evoluzione di u cloru parassiticu per via di i gruppi funziunali W-OH.
L'intensa attività umana è a rivuluzione industriale rapida anu purtatu à una dumanda inarrestabile di l'electricità, chì cresce à circa 3% annu1.Per decennii, l'usu generalizatu di i carburanti fossili cum'è una fonte d'energia hà purtatu à emissioni di gasi di serra, chì portanu à u riscaldamentu glubale, a contaminazione di l'acqua è di l'aria, minacciandu l'ecosistema interu.In u risultatu, da u 2050 a parte di l'energia rinnuvevule pulita è l'energia solare hè prevista per ghjunghje à u 75% di l'electricità tutale1.In ogni casu, quandu a produzzione d'energia rinnuvevuli supera u 20% di a pruduzzione tutale di l'electricità, a reta diventa inestabile 1. U sviluppu di sistemi di almacenamentu d'energia efficaci hè criticu per sta transizione, postu chì deve guardà l'excedente di l'electricità è equilibrà l'offerta è a dumanda.
Trà tutti i sistemi di almacenamentu d'energia cum'è e batterie di flussu redox di vanadiu ibridi2, tutte e batterie di flussu di vanadium redox (VRFB) sò i più avanzati per via di i so numerosi vantaghji3 è sò cunsiderate a megliu suluzione per u almacenamentu di energia à longu andà (~ 30 anni).L'usu di e fonti d'energia rinnuvevuli 4.Questu hè duvuta à a separazione di a putenza è a densità di l'energia, a risposta rapida, a longa vita è i costi annuali relativamente bassi di $ 65 / kWh paragunatu à $ 93-140 / kWh per e batterie Li-ion è piombo-acidu è 279-420 USD / kWh.batterie /kWh rispettivamente 4.
Tuttavia, a so cummercializazione generalizata cuntinueghja à esse ostacolata da i costi di capitale relativamente elevati di u sistema, principalmente per via di i pacchetti di batterie4,5.Cusì, migliurà a prestazione di a bateria aumentendu a cinetica di duie reazioni di mezza cellula pò riduce a dimensione di a batteria è cusì riduce u costu.Per quessa, u trasferimentu di l'elettroni veloce à a superficia di l'elettrodu hè necessariu, secondu u disignu, a cumpusizioni è a struttura di l'elettrodu, chì deve esse ottimizatu cù cura.Ancu l'elettrodi basati in carbonu anu una bona stabilità chimica è elettrochimica è una bona conduttività elettrica, se ùn sò micca trattati, a so cinetica serà lenta per l'absenza di gruppi funzionali di l'ossigenu è l'idrofilia7,8.Per quessa, diversi electrocatalysts sò cumminati cù l'elettrodi di carbone, in particulare i nanostrutture di carbone è l'ossidi di metalli, per migliurà a cinetica di i dui elettrodi, aumentando cusì a cinetica di l'elettrodi VRFB.
Parechji materiali di carbone sò stati utilizati, cum'è carta di carbone9, nanotubi di carbone10,11,12,13, nanostrutture basate in graphene14,15,16,17, nanofibre di carbone18 è altri19,20,21,22,23, eccettu per a famiglia fullerene. .In u nostru studiu precedente nantu à C76, avemu infurmatu per a prima volta l'eccellente attività elettrocatalitica di stu fullerene versu VO2 + / VO2 +, paragunatu à u tela di carbone trattatu termicamente è micca trattatu, a resistenza di trasferimentu di carica hè stata ridutta da 99,5% è 97%24.A prestazione catalitica di i materiali di carbone per a reazione VO2 + / VO2 + paragunata à C76 hè mostrata in a Tabella S1.Per d 'altra banda, parechji ossidi di metalli cum'è CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 è WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 sò usati per via di a so umidità aumentata è di l'altu cuntenutu di l'ossigenu.gruppi.A Tabella S2 mostra u funziunamentu cataliticu di sti ossidi di metalli in a reazione VO2+/VO2+.WO3 hè stata aduprata in un numeru significativu di travaglii per via di u so prezzu bassu, alta stabilità in i medii acidi, è alta attività catalitica31,32,33,34,35,36,37,38.Tuttavia, WO3 hà mostratu pocu migliuramentu in a cinetica di catodi.Per migliurà a conduttività di WO3, l'effettu di l'usu di l'ossidu di tungstenu ridutta (W18O49) nantu à l'attività di l'elettrodu pusitivu hè statu testatu38.L'ossidu di tungstenu idratatu (HWO) ùn hè mai statu pruvatu in l'applicazioni VRFB, ancu s'ellu hà dimustratu una attività più alta in l'applicazioni di supercapacitor per via di una diffusione di cationi più veloce cumparatu cù WOx39,40 anidru.A batteria di flussu redox all-vanadium di terza generazione usa un elettrolitu àcitu mistu cumpostu di HCl è H2SO4 per migliurà u rendiment di a bateria è migliurà a solubilità è a stabilità di ioni di vanadiu in l'elettrolitu.In ogni casu, a reazzione di l'evoluzione di u cloru parassita hè diventata unu di i disadvantages di a terza generazione, cusì truvà modi per suppressione a reazzione di valutazione di u cloru hè diventatu u compitu di parechji gruppi di ricerca.
Quì, i testi di reazione VO2 + / VO2 + sò stati realizati nantu à i composti HWO / C76 dipositati nantu à l'elettrodi di tela di carbone per truvà un equilibriu trà a conduttività elettrica di i composti è a cinetica di reazione redox nantu à a superficia di l'elettrodu suppressendu a deposizione di cloru parassita.reazione (KVR).Nanoparticule di ossidu di tungstenu idratatu (HWO) sò stati sintetizzati da un metudu idrotermale simplice.L'esperimenti sò stati realizati in un elettrolitu d'acidu mistu (H2SO4 / HCl) per simulà a terza generazione VRFB (G3) per comodità è per investigà l'effettu di l'HWO nantu à a reazione di evoluzione di cloru parassitariu42.
Vanadium (IV) sulfate oxide hydrate (VOSO4, 99,9%, Alfa-Aeser), acid sulfuric (H2SO4), acid cloridric (HCl), dimethylformamide (DMF, Sigma-Aldrich), polyvinylidene fluorure (PVDF, Sigma-Aldrich), sodium L'ossidu di tungstenu diidratu (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) è u tela di carbone idrofila ELAT (Fuel Cell Store) sò stati utilizati in stu studiu.
L'ossidu di tungstenu idratatu (HWO) hè statu preparatu da una reazione idrotermale in a quale 2 g di u sal Na2WO4 sò stati dissoluti in 12 ml di H O finu à ottene una suluzione incolore, è dopu 12 ml di 2 M HCl hè stata aghjunta goccia finu à una sospensjoni gialla ligera. hè stata ottenuta.sospensjoni.A reazione idrotermale hè stata fatta in un autoclave d'acciaio inox rivestitu di Teflon in un fornu à 180 ºC per 3 ore.U residuu hè statu cullatu per filtrazione, lavatu 3 volte cù etanolu è acqua, seccu in un fornu à 70 ° C per ~ 3 h, è poi macinatu per ottene un powder HWO blu-grisgiu.
L'elettrodi di tela di carbone (CCT) ottenuti (non trattati) sò stati utilizati in a forma in quale sò stati ottenuti o sottumessi à trattamentu termale in un fornu tubu à 450 ° C per 10 h à una velocità di riscaldamentu di 15 ° C / min in l'aria. ottene UCC trattatu (TCC), s Stessa cum'è u travagliu precedente 24. UCC è TCC sò stati tagliati in elettrodi apprussimatamente 1,5 cm largu è 7 cm long.E sospensioni di C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 è HWO-50% C76 sò state preparate aghjunghjendu 20 mg di polvere di materiale attivu è 10% in peso (~ 2,22 mg) di legante PVDF à ~ 1 ml di DMF preparatu è sonicatu per 1 ora per migliurà l'uniformità.Allora 2 mg di cumposti C76, HWO è HWO-C76 sò stati applicati à circa 1,5 cm2 di l'area di l'elettrodu attivu UCC.Tutti i catalizzatori sò stati caricati nantu à l'elettrodi UCC è u TCC hè stata utilizata solu per scopi di paraguni, cum'è u nostru travagliu precedente hà dimustratu chì u trattamentu termale ùn hè micca necessariu 24 .La sedimentazione di l'impressione si ottiene spazzolando 100 µl di sospensione (carica 2 mg) per una maggiore uniformità.Allora tutti l'elettrodi sò stati secchi in un fornu per a notte à 60 ° C.L'elettrodi sò misurati prima è dopu per assicurà a carica precisa di stock.Per avè una certa zona geomètrica (~ 1,5 cm2) è impedisce l'elevazione di l'elettrolitu di vanadiu à l'elettrodi per via di l'effettu capillare, una fina capa di paraffina hè stata appiicata nantu à u materiale attivu.
Un microscopiu elettronicu à scansione di emissioni di campu (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60.5 kV) hè statu utilizatu per osservà a morfologia di a superficia HWO.A spettroscopia di raghji X dispersiva d'energia dotata di Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) hè stata aduprata per cartografia l'elementi HWO-50% C76 nantu à l'elettrodi UCC.Un microscopiu elettronicu di trasmissione d'alta risoluzione (HR-TEM, JOEL JEM-2100) chì opera à una tensione di accelerazione di 200 kV hè stata utilizata per ottene immagini d'alta risoluzione è anelli di diffrazione di particelle HWO.Aduprate u software Crystallographic Tool Box (CrysTBox) per analizà l'anelli di diffrazione HWO utilizendu a funzione ringGUI è paragunate i risultati cù mudelli XRD.La struttura e la grafitizzazione di UCC e TCC sono state determinate da diffrazione di raggi X (XRD) a una velocità di scansione di 2,4 °/min da 5 ° a 70 ° con Cu Kα (λ = 1,54060 Å) utilizzando un diffrattometro a raggi X Panalytical.(Model 3600).XRD mostra a struttura cristallina è e fasi di HWO.U software PANalytical X'Pert HighScore hè statu utilizatu per currisponde à i picchi HWO à e carte di l'ossidu di tungstenu dispunibili in a basa di dati45.Comparare i risultati HWO cù i risultati TEM.A cumpusizioni chimica è u statu di i campioni HWO sò stati determinati da spettroscopia di fotoelettroni X-ray (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific).U software CASA-XPS (v 2.3.15) hè stata utilizata per a deconvoluzione di punta è l'analisi di dati.Spettroscopia infrared di trasformazione di Fourier (FTIR, utilizendu un spettrometru KBr FTIR di classa Perkin Elmer) misurazioni sò state eseguite per determinà i gruppi funzionali di a superficia di HWO è HWO-50% C76.Comparare i risultati cù i risultati XPS.Misurazioni di l'angolo di cuntattu (KRUSS DSA25) sò stati ancu utilizati per caratterizà a wettability di l'elettrodi.
Per tutte e misurazioni elettrochimiche, hè stata utilizata una stazione di travagliu Biologic SP 300.A voltammometria ciclica (CV) è a spettroscopia d'impedenza elettrochimica (EIS) sò state aduprate per studià a cinetica di l'elettrodu di a reazione redox VO2 + / VO2 + è l'effettu di a diffusione di reagenti (VOSO4 (VO2 +)) nantu à a velocità di reazione.E duie tecnulugii utilizanu una cellula di trè elettrodi cun una concentrazione elettrolitica di 0,1 M VOSO4 (V4+) dissoluta in 1 M H2SO4 + 1 M HCl (acidu mixte).Tutti i dati elettrochimici presentati sò IR corretti.Un elettrodu di calomel saturatu (SCE) è una bobina di platinu (Pt) sò stati utilizati cum'è l'elettrodu di riferimentu è contru, rispettivamente.Per CV, i tassi di scansione (ν) di 5, 20 è 50 mV/s sò stati applicati à una finestra potenziale (0–1) V cumparatu cù SCE per VO2+/VO2+, poi corretti nantu à l'scala SHE per trace (VSCE = 0,242). V relative à HSE).Per studià a ritenzione di l'attività di l'elettrode, un riciclu CV hè statu realizatu nantu à UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO è UCC-HWO-50% C76 à ν uguale à 5 mV/s.Per e misurazioni EIS per a reazione redox VO2 + / VO2 +, sò stati utilizati un intervallu di freccia di 0.01-105 Hz è una perturbazione di tensione di circuitu apertu (OCV) di 10 mV.Ogni esperimentu hè stata ripetuta 2-3 volte per assicurà a cunsistenza di i risultati.I custanti di ritmu eterogeneu (k0) sò stati ottenuti da u metudu Nicholson46,47.
L'ossidu di tungstenu idratatu (HVO) hè stata sintetizzata cù successu da u metudu idrotermale.L'immagine SEM in fig.1a mostra chì l'HWO dipositu hè custituitu da clusters di nanoparticelle cù dimensioni di particelle in a gamma di 25-50 nm.
U mudellu di diffrazione di raghji X di HWO mostra picchi (001) è (002) à ~ 23,5 ° è ~ 47,5 °, rispettivamente, chì sò caratteristici di WO2.63 non stoichiometric (W32O84) (PDF 077-0810, a = 21,4 Å, b = 17,8 Å, c = 3,8 Å, α = β = γ = 90 °), chì currisponde à u so culore blu apparenti (Fig. 1b)48,49.Altri picchi à circa 20,5 °, 27,1 °, 28,1 °, 30,8 °, 35,7 °, 36,7 ° è 52,7 ° sò à (140), (620), (350), (720), (740), (560).è (970) piani di diffrazione, rispettivamente, 49 orthorhombic WO2.63.Songara et al.43 hà utilizatu u stessu metu sinteticu per ottene un pruduttu biancu, chì hè stata attribuita à a prisenza di WO3(H2O)0.333.Tuttavia, in stu travagliu, per via di e diverse cundizioni, hè stata ottenuta un pruduttu blu-grigiu, chì indica a coesistenza di WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) in Å. , α = β = γ = 90°) et la forme réduite de l'oxyde de tungstène.L'analisi semiquantitative cù u software X'Pert HighScore hà dimustratu 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84.Siccomu W32O84 hè custituitu da W6+ è W4+ (1.67: 1 W6+:W4+), u cuntenutu stimatu di W6+ è W4+ hè di circa 72% W6+ è 28% W4+, rispettivamente.L'imaghjini SEM, spettri XPS di 1 seconda à u livellu di u nucleu, immagini TEM, spettri FTIR è spettri Raman di particelle C76 sò stati presentati in u nostru documentu precedente24.Sicondu Kawada et al.50,51, u mudellu di diffrazione di raghji X di C76 mostra a struttura monoclinica di FCC dopu a rimuzione di toluene.
L'imaghjini SEM in fig.Les figures 2a et b montrent le dépôt réussi de HWO et HWO-50% C76 sur et entre les fibres de carbone des électrodes UCC.Mapping elementale di tungstenu, carbone è ossigenu in l'imagine SEM in Fig. 2c hè mostratu in a fig.2d-f chì mostra chì u tungstenu è u carbone sò mischiati uniformemente (mostra una distribuzione simili) nantu à a superficia di l'elettrodu è u compostu ùn hè micca dipositu uniformemente.per via di a natura di u metudu di precipitazione.
Immagini SEM di particelle HWO dipositate (a) è particelle HWO-C76 (b).A mappa EDX caricata à HWO-C76 à UCC utilizendu l'area in l'imagine (c) mostra a distribuzione di tungstène (d), carbone (e) è ossigenu (f) in u sample.
HR-TEM hè stata utilizata per l'imaghjini d'altu ingrandimentu è l'infurmazioni cristalografiche (Figura 3).L'HWO mostra a morfologia di nanocubi cum'è mostra in Figura 3a è più chjaramente in Figura 3b.Ingrandendu u nanocube per a diffrazione di una zona selezziunata, a struttura di griglia è i piani di diffrazione chì soddisfanu a lege di Bragg ponu esse visualizati cum'è mostra in a Figura 3c, cunfirmendu a cristalinità di u materiale.In l'inseritu à Fig. 3c mostra a distanza d 3.3 Å currispundenti à i piani di diffrazione (022) è (620) in i fasi WO3(H2O)0.333 è W32O84, 43, 44, 49, rispettivamente.Questu hè coherente cù l'analisi XRD di sopra (Fig. 1b) postu chì a distanza di u pianu di grating osservatu d (Fig. 3c) currisponde à u piccu XRD più forte in a mostra HWO.Anelli di mostra sò ancu mostrati in a fig.3d, induve ogni anellu currisponde à un pianu separatu.I piani WO3 (H2O) 0.333 è W32O84 sò culurati bianchi è blu, rispettivamente, è i so picchi XRD currispundenti sò ancu mostrati in a figura 1b.U primu anellu mostratu in u mudellu di l'anellu currisponde à u primu piccu marcatu in u mudellu di raghji X di u pianu di diffrazione (022) o (620).Da (022) à (402) anelli, distanze d di 3.30, 3.17, 2.38, 1.93, è 1.69 Å sò stati trovati, chì sò coerenti cù i valori XRD di 3.30, 3.17, 2.45, 1.93 è 1.66.Å, 44, 45, rispettivamente.
(a) L'immagine HR-TEM di HWO, (b) mostra una immagine ingrandita.L'imaghjini di i piani di griglia sò mostrati in (c), è l'inseritu (c) mostra una maghjina ingrandita di i piani è l'intervallu d 0.33 nm chì currisponde à i piani (002) è (620).(d) U mudellu d'anellu HWO chì mostra i piani assuciati cù e fasi WO3(H2O)0.333 (biancu) è W32O84 (blu).
L'analisi XPS hè stata realizata per determinà a chimica di a superficia è u statu d'ossidazione di u tungstenu (Figure S1 è 4).U spettru di a scansione XPS larga di u HWO sintetizatu hè mostratu in Fig.S1, chì indica a prisenza di tungstenu.I spettri XPS narrow-scan di i livelli principali W 4f è O 1s sò mostrati in Figs.4a è b, rispettivamente.U spettru W 4f hè divisu in dui doppietti di spin-orbita chì currispondenu à l'energia di ubligatoriu di u statu d'ossidazione W. I picchi W 4f5/2 è W 4f7/2 à l'energie di ubligatoriu di 37,8 è 35,6 eV appartenenu à W6+, è i picchi W 4f5/2 è W 4f7/2 à 36,6 è 34,9 eV sò caratteristiche di u statu W4 +, rispettivamente.A prisenza di u statu d'ossidazione (W4+) cunfirma ancu a furmazione di WO2.63 non-stoichiometric, mentri a prisenza di W6+ indica WO3 stechiometric per WO3(H2O)0.333.I dati adattati dimustranu chì i percentuali atomichi di W6 + è W4 + eranu 85% è 15%, rispettivamente, chì eranu relativamente vicinu à i valori stimati da i dati XRD, data a diferenza trà e duie tecnulugia.I dui metudi furniscenu infurmazioni quantitative cù poca precisione, in particulare XRD.Inoltre, i dui metudi analizanu e diverse parti di u materiale perchè XRD hè un metudu di massa mentre XPS hè un metudu di superficia chì si avvicina solu uni pochi nanometri.U spettru O 1s si divide in dui picchi à 533 (22,2%) è 530,4 eV (77,8%).U primu currisponde à OH, è u sicondu à i ligami d'ossigenu in u lattice in WO.A prisenza di gruppi funziunali OH hè coherente cù e proprietà di idratazione di HWO.
Un analisi FTIR hè statu ancu realizatu nantu à sti dui campioni per esaminà a prisenza di gruppi funziunali è molécule d'acqua coordinate in a struttura HWO idratata.I risultati mostranu chì a mostra HWO-50% C76 è i risultati FT-IR HWO pareanu uguali per a presenza di HWO, ma l'intensità di i picchi differisce à causa di diverse quantità di mostra utilizata durante a preparazione per l'analisi (Fig. 5a). ).HWO-50% C76 Tutti i picchi fullerene 24 sò mostrati eccettu u piccu di l'ossidu di tungstenu.Dettagliata in fig.5a mostra chì i dui campioni mostranu una banda larga assai forte à ~ 710 / cm, attribuita à e vibrazioni di stretching OWO in a struttura di lattice HWO, è una spalla forte à ~ 840 / cm, attribuita à WO.a banda affilata à ~ 1610 / cm hè ligata à a vibrazione di curvatura di OH, è a banda larga di assorbimentu à ~ 3400 / cm hè ligata à a vibrazione di stretching di OH in u gruppu idrossilu43.Questi risultati sò cunsistenti cù u spettru XPS in a figura 4b, induve u gruppu funziunale WO pò furnisce siti attivi per a reazione VO2 + / VO2 +.
Analisi FTIR di HWO è HWO-50% C76 (a) chì mostra gruppi funziunali è misure di l'angolo di cuntattu (b, c).
U gruppu OH pò ancu catalizà a reazione VO2 + / VO2 +, aumentendu cusì l'idrofilia di l'elettrodu, favurendu cusì a diffusione è a velocità di trasferimentu di elettroni.U campione HWO-50% C76 mostra un piccu C76 supplementu cum'è mostra in a figura.I picchi à ~ 2905, 2375, 1705, 1607 è 1445 cm3 ponu esse attribuiti à e vibrazioni di stretching CH, O=C=O, C=O, C=C è CO, rispettivamente.Hè ben cunnisciutu chì i gruppi funziunali di l'ossigenu C = O è CO ponu serve com'è centri attivi per e reazzioni redox di vanadiu.Per pruvà è paragunà a wettability di i dui elettrodi, i misurazioni di l'angulu di cuntattu sò stati utilizati cum'è mostra in Fig. 5b, c.L'elettrodu HWO assorbe immediatamente gocce d'acqua, indicando una superidrofilia dovuta ai gruppi funzionali OH disponibili.HWO-50% C76 hè più idrofobu, cù un angolo di cuntattu di circa 135 ° dopu à 10 seconde.In ogni casu, in e misurazioni elettrochimiche, l'elettrodu HWO-50% C76 hè statu completamente bagnatu in menu di un minutu.Le misure di bagnabilità sono coerenti con i risultati XPS e FTIR, suggerendo che più gruppi OH sulla superficie HWO la rende relativamente più idrofila.
E reazzioni VO2 + / VO2 + di i nanocompositi HWO è HWO-C76 sò stati pruvati è era previstu chì HWO supprime l'evoluzione di u gasu di cloru chì si trova durante e reazzioni VO2 + / VO2 + in l'acidi misti, mentre chì C76 catalyzerà ancu u VO2 + / VO2 + desideratu.Suspensii HWO chì cuntenenu 10%, 30% è 50% C76 sò stati applicati à l'elettrodi UCC cù una carica tutale di circa 2 mg/cm2.
Comu mostra in fig.6, a cinetica di a reazione VO2 + / VO2 + nantu à a superficia di l'elettrodu hè stata esaminata usendu CV in elettroliti acidi misti.I currenti sò indicati cum'è I/Ipa per facilità a comparazione di ΔEp è Ipa/Ipc.Diversi catalizzatori sò ottenuti direttamente da a figura.I dati di unità di l'area attuale sò mostrati in Figura 2S.Nantu à fig.A Figura 6a mostra chì HWO aumenta ligeramente a velocità di trasferimentu di l'elettroni di a reazione redox VO2 + / VO2 + nantu à a superficia di l'elettrodu è suppresse a reazione di l'evoluzione di u cloru parassiticu.Tuttavia, C76 aumenta significativamente a velocità di trasferimentu di l'elettroni è catalizza a reazione di evoluzione di cloru.Per quessa, un cumplessu cù a cumpusizioni curretta di HWO è C76 deve avè a megliu attività è a più alta capacità per inibisce a reazione di cloru.Hè stata truvata chì dopu à l'aumentu di u cuntenutu C76, l'attività elettrochimica di l'elettrodu hà migliuratu, cum'è pruvucatu da una diminuzione di ΔEp è un aumentu di u rapportu Ipa / Ipc (Table S3).Questu hè statu ancu cunfirmatu da i valori RCT estratti da a trama di Nyquist in Fig. 6d (tavula S3), induve si trova chì i valori RCT diminuite cù u cuntenutu crescente di C76.Questi risultati sò ancu cunsistenti cù u studiu di Lee in quale l'aghjunzione di carbone mesoporous à mesoporous WO3 hà migliuratu a cinetica di trasferimentu di carica nantu à VO2+/VO2+35.Questu suggerisce chì una reazione pusitiva pò dipende più di a conduttività di l'elettrodu (C = C bond) 18,24,35,36,37.A causa di u cambiamentu in a geometria di coordinazione trà [VO (H2O) 5] 2 + è [VO2 (H2O) 4] +, C76 pò ancu riduce l'overstrain di risposta riducendu l'energia di i tessuti.Tuttavia, questu pò esse micca pussibule cù l'elettrodi HWO.
(a) Cumportamentu voltammetricu ciclicu di cumposti UCC è HWO-C76 cù diversi rapporti HWO: C76 in reazioni VO2 + / VO2 + in 0.1 M VOSO4 / 1 M H2SO4 + 1 M HCl elettrolitu (à ν = 5 mV / s).(b) Randles-Sevchik è (c) U metudu VO2 + / VO2 + di Nicholson per a stima di l'efficienza di diffusione è ottene k0 valori (d).
Ùn hè solu HWO-50% C76 chì mostrava quasi a stessa attività elettrocatalitica cum'è C76 per a reazione VO2 + / VO2 +, ma, più interessante, hà ancu suppressatu l'evoluzione di u gas di cloru cumparatu à C76, cum'è mostra in a figura.6a, in più di mostra u semicirculu più chjucu in a fig.6 g (RCT più bassu).C76 hà dimustratu un Ipa / Ipc apparente più altu ch'è HWO-50% C76 (Table S3), micca per via di a reversibilità di a reazione mejorata, ma per a superposizione cù u piccu di riduzzione di cloru à 1.2 V paragunatu à SHE.U megliu rendimentu di HWO-50% C76 hè attribuitu à a sinergia trà u C76 altamente conduttivu caricatu negativamente è l'alta bagnabilità è e funziunalità catalitiche di W-OH in HWO.Mentre menu emissioni di cloru migliurà l'efficienza di carica di a cellula piena, a cinetica mejorata aumenterà l'efficienza di a tensione di a cellula piena.
Sicondu l'equazioni S1, per una reazione quasi reversibile (trasferimentu di l'elettroni relativamente lenta) cuntrullata da diffusione, a corrente di punta (IP) dipende da u numeru di elettroni (n), zona di l'elettrodu (A), coefficient di diffusione (D), numeru. coefficient de transfert d'électrons (α) et vitesse de balayage (ν).Per studià u cumpurtamentu cuntrullatu di diffusione di i materiali pruvati, a relazione trà IP è ν1 / 2 hè stata tracciata è mostra in Fig.Siccomu tutti i materiali mostranu una relazione lineale, a reazione hè cuntrullata da diffusione.Siccomu a reazzione VO2+/VO2+ hè quasi-reversibile, a pendenza di a linea dipende da u coefficient di diffusione è da u valore di α (equazione S1).A causa di u coefficiente di diffusione constante (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52, a diferenza in a pendenza di a linea indica direttamente valori diffirenti di α è dunque diverse tassi di trasferimentu d'elettroni à a superficia di l'elettrode, cù C76 è HWO -50. % C76, chì mostra i pendii più ripidi (a più alta velocità di trasferimentu di l'elettroni).
I pendii Warburg di bassa freccia calculati (W) mostrati in Table S3 (Fig. 6d) anu valori vicinu à 1 per tutti i materiali, chì indicanu a diffusione perfetta di particeddi redox è cunfirmendu u cumpurtamentu lineale di IP versus ν1/2 per CV .misure.Per HWO-50% C76, a pendenza di Warburg si devia da l'unità à 1,32, chì suggerenu una cuntribuzione micca solu da a diffusione semi-infinita di reactants (VO2 +), ma ancu possibbilmente cumportamentu di strati sottili in u cumpurtamentu di diffusione per via di a porosità di l'elettrodu.
Per analizà ulteriormente a reversibilità (tassa di trasferimentu di l'elettroni) di a reazione redox VO2 + / VO2 +, u metudu di reazzione quasi reversibile Nicholson hè statu ancu utilizatu per determinà a constant rate standard k041.42.Questu hè fattu tracendu u paràmetru cineticu adimensionale Ψ in funzione di ΔEp in funzione di ν−1/2 utilizendu l'equazione S2.Le tableau S4 montre les valeurs Ψ résultantes pour chaque matériau d'électrode.Trace i risultati (Figura 6c) per ottene k0 × 104 cm/s (scrittu accantu à ogni fila è prisentatu in a Table S4) utilizendu l'equazioni S3 per a pendenza di ogni trama.HWO-50% C76 hè stata truvata per avè a più alta pendenza (Fig. 6c) è da quì u valore k0 più altu di 2,47 × 10-4 cm / s.Questu significa chì questu elettrodu furnisce a cinetica più veloce cungruente cù i risultati CV è EIS in Figure 6a è d è Table S3.Inoltre, i valori k0 sò stati ancu ottinuti da i plots Nyquist (Fig. 6d) di Equation S4 usendu i valori RCT (Table S3).Questi risultati k0 da EIS sò riassunti in a Tabella S4 è mostranu ancu chì HWO-50% C76 mostra a più alta velocità di trasferimentu di l'elettroni per via di l'effettu sinergicu.Ancu s'è u valore di k0 differisce per via di l'urigine differente di ogni metudu, mostra sempre u listessu ordine di grandezza è mostra a coherenza.
Per capiscenu cumplettamente l'eccellente cinetica chì pò esse ottenuta, hè impurtante paragunà u materiale di l'elettrodu ottimali cù l'elettrodi UCC è TCC uninsulated.Per a reazione VO2 + / VO2 +, HWO-C76 ùn hà micca solu dimustratu u ΔEp più bassu è una migliore reversibilità, ma hà ancu soppresso significativamente a reazione di evoluzione di cloru parassitariu cumparatu cù TCC, cum'è indicatu da una caduta di corrente significativa à 1.45 V paragunatu à vede OHA (Fig. 7a).In termini di stabilità, avemu presumitu chì HWO-50% C76 hè fisicu stabile perchè u catalizzatore hè statu mischju cù un legante PVDF è dopu appiicatu à l'elettrodi di tela di carbone.Comparatu à 50 mV per UCC, HWO-50% C76 hà dimustratu un piccu shift di 44 mV dopu à 150 cicli (tassa di degradazione 0.29 mV / ciclu) (Figura 7b).Pò esse micca una grande diferenza, ma a cinetica di l'elettrodi UCC hè assai lenta è degrada cù u ciculu, in particulare per a reazione di volta.Ancu s'è a reversibilità di TCC hè assai megliu cà quella di UCC, TCC hè stata truvata per avè un grande shift piccu di 73 mV dopu à 150 cicli, chì pò esse dovutu à a grande quantità di cloru liberatu da a so superficia.Per assicurà chì u catalizzatore aderisce bè à a superficia di l'elettrodu.Comu pò esse vistu nantu à tutti l'elettrodi testati, ancu quelli senza catalizzatori supportati mostranu varii gradi di instabilità ciclistica, chì suggerenu chì i cambiamenti in a separazione massima durante u ciclismu sò dovuti à a disattivazione di materiale per via di cambiamenti chimichi invece di a separazione di catalizzatore.Inoltre, se una grande quantità di particeddi di catalizzatore anu da esse siparati da a superficia di l'elettrodu, questu puderia purtà à un incrementu significativu di a separazione di piccu (micca solu da 44 mV), postu chì u sustrato (UCC) hè relativamente inattivu per u VO2 + / VO2 +. reazione redox.
Comparazione di CV (a) è stabilità di a reazione redox VO2 + / VO2 + (b) di u materiale di l'elettrodu ottimali in quantu à CCC.In l'elettroliti 0,1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl, tutti i CV sò uguali à ν = 5 mV/s.
Per aumentà l'attrattiva ecunomica di a tecnulugia VRFB, migliurà è capiscenu a cinetica di a reazione redox di vanadiu hè essenziale per ottene una alta efficienza energetica.I composti HWO-C76 sò stati preparati è u so effettu elettrocataliticu nantu à a reazione VO2 + / VO2 + hè statu studiatu.HWO hà dimustratu pocu rinfurzamentu cineticu, ma hà soppresso significativamente l'evoluzione di u cloru in elettroliti acidi misti.Diversi rapporti di HWO: C76 sò stati usati per ottimisà ancu più a cinetica di l'elettrodi basati in HWO.Aumentà u cuntenutu di C76 à HWO pò migliurà a cinetica di trasferimentu di l'elettroni di a reazione VO2 + / VO2 + nantu à l'elettrodu mudificatu, trà quale HWO-50% C76 hè u megliu materiale perchè abbassa a resistenza di trasferimentu di carica è suprime ancu l'evoluzione di gas di cloru cumparatu cù C76.è TCC sò liberati.Questu hè dovutu à l'effettu sinergicu trà l'ibridazione C = C sp2, i gruppi funziunali OH è W-OH.A rata di degradazione di HWO-50% C76 hè stata trovata à 0.29mV / ciclu in cicli multipli mentre UCC è TCC sò 0.33mV / ciclu è 0.49mV / ciclu rispettivamente, facendu assai stabile in elettroliti acidi misti.I risultati presentati identificanu bè i materiali di l'elettrodi d'alta prestazione per a reazione VO2 + / VO2 + cù cinetica rapida è alta stabilità.Questu aumenterà a tensione di output, migliurà cusì l'efficienza energetica di u VRFB, riducendu cusì u costu di a so cummercializazione futura.
I datasets utilizati è / o analizati in u studiu attuale sò dispunibuli da i rispettivi autori nantu à una dumanda ragionevule.
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