水素生成のための電極触媒活性の向上に向けたスピネル MnCo2O4 上のバナジウムイオン置換の役割

May 09, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2120 (2023) この記事を引用

1239 アクセス

2 引用

5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

水の分解による水素生成のための効率的な電極触媒 (EC) を改善することは、今後のエネルギー危機に取り組む上で大きな関心を集めています。持続可能な水素生成は、将来の水素経済を実現するための第一の前提条件です。この研究では、HER (水素発生反応) プロセスにおける水熱法で調製したバナジウムドープ MnCo スピネル酸化物微小球 (MC)、MnVxCo2−xO4 (Vx-MnCo MC、x ≤ 0.4) の電極触媒活性を調べます。磁化測定により、すべてのサンプルにおいてキュリー温度 (Tc) 未満で常磁性 (高温) からフェリ磁性 (低温) への転移が実証されました。 MC のバナジウム含有量が増加すると磁化が強まることがわかりました。最適化された触媒 Vx-MnCo MC (x = 0.3) は、電流密度 10 mA/cm2 でのターフェル勾配 84 mV/dec、低い開始電位 78.9 mV、および低い過電圧 85.9 mV で、他の調製された EC よりも優れた性能を示しました。、それぞれ。水熱合成された Vx-MnCo MC (x = 0.3) の HER 性能が大幅に向上したのは、主に多くの露出した活性サイト、EC/電解質界面での電子輸送の促進、および顕著な化学分析用電子分光法 (ECSA) 値が判明したことによるものです。 11.4cm2。さらに、Vx-MnCo MC (x = 0.3) 電極は、1000 回のサイクリックボルタンメトリーサイクルと 36 時間のクロノアンペロメトリー試験にさらした後でも、優れた電極触媒安定性を示しました。我々の結果は、将来の水電解用途のための優れた電極として、地球上に豊富に存在する遷移金属酸化物ベースの EC を開発する実現可能なルートを示唆しています。

水素は、地球規模のエネルギー問題を解決するための大規模なクリーンエネルギー生産のための最も持続可能で低コストの技術の 1 つです1。化石燃料は大量の天然資源を消費し、CO2 などの望ましくない生成物を生成し、温室効果による憂慮すべき状況を生み出します2。水素と酸素を燃料として使用することは、増大するエネルギー需要や気候変動などに対応するためのクリーンエネルギー源の優れた候補源と考えられています3。電気触媒による水の分解は、高純度、高効率、汚染物質ゼロに起因して、水素/酸素を大規模に生成するための持続的なエネルギー源であることを実証しています4,5。いくつかの合金および酸化物材料は、水素/酸素電極を開発するためのよく知られた候補です。その結果、スピネル構造などの遷移金属を含む特定の酸化物は高い電子伝導性を持ち、その優れた化学的および物理的特性により、水素/酸素発生反応 (HER/OER) において顕著な電気化学的活性を示します。温度、調製方法、置換イオン、前駆体溶液の pH などのパラメーターを選択すると、スピネルの触媒活性が大幅に向上しました 6、7、8。したがって、スピネル酸化物サンプルの相を調整すると、サンプルの水素発生機能を最適化できます9、10、11、12。

MnCo2O4 は逆スピネル構造を持ち、Mn2+ イオンと Co2+ イオンが八面体 (Oh、B) サイトを占め、OH サイトと四面体 (Td、A) サイトに均等に分布しています。 MnCo2O4 スピネルへのカチオン置換は、B と B の間の電子移動距離が短く、電子移動と電気伝導性が向上するため、その電気的および磁気的特徴を大きく変える可能性があります 13,14。 Co2−xBixMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 0.3) 混合立方晶スピネル系の磁気特性に対するカチオン組成の影響は、Rajeevan らによって調査されました15。 MnCo2O4 の磁気特性に対する Ni2+ 置換も Wang らによって研究されました16。文献調査によると、MnCo2O4 の磁気特性に対するカチオン置換の影響はまだ低く、さらなる調査が必要です。

新たに、ナノ材料を利用した電気化学的水素発生反応 (HER) 用の電極触媒の開発に多くの研究が注がれています。 EWS (電気化学的水分解) は、水素製造に有利な方法論です 17,18。燃料としての水素ガスの開発を促進するには、低コスト、天然豊富、優れた電気化学活性、調製の容易さ、および HER19、20 と OER (酸素発生反応) の両方に対する長期安定性を備えた適切な触媒が採用されます。電気化学的な水の分解に重要な役割を果たします21。

MnCo2O422、NiCo2O423、Co3O424 などのスピネル酸化物は、EWS の有望な電極触媒クラスとして浮上しています。コバルトベースのスピネル酸化物 (MnCo2O4、NiCo2O4、ZnCo2O4、CuCo2O4) は、電極触媒 OER25 で顕著な性能を実証しています。さらに、MnCo2O4 は、大きな静電容量、長いサイクル安定性、および高い動作電圧の観点から、バッテリーやスーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵用途への潜在的な応用材料としても研究されています。これらの優れた電気化学的特性は、磁性スピネル酸化物における Mn と Co の複数の酸化状態 (+2、+3、+4) に起因すると考えられます。さまざまな種類のスピネル酸化物 (Co3O4、ZnCo2O4、MgV2O4、NiCo2O4、CuCo2O4、NiMn2O4) は、複数の価数状態と豊富な酸化還元反応により、近年、電池タイプの電極材料として研究されています 27。Yan et al.28 は、バナジウムをドープした酸化物を合成しました。彼らは、高性能スーパーキャパシタ用の水熱アプローチにより硫化ニッケルナノフラワーを作製し、電極材料の表面積と界面位置の増加により、電解質イオンと電子の迅速な輸送が促進され、バナジウムドーピング後の電気化学的性能が向上することを観察しました。活性電極触媒としてスピネル M2GeO4 (M = Fe、Co) を使用した尿素補助水電気分解による水素生成は、Choi 研究グループによって行われました 29。Alqarni ら 30 は、バナジウム挿入スピネルフェライト (Co0) の合成と高電流スーパーキャパシタへの応用を研究しました。５Ｎｉ０．５ＶｘＦｅ１．６−ｘＯ４）電極を使用し、その結果は、バナジウムドープ三元フェライトナノ材料の容易かつ低コストの製造が示し、優れた高速電気化学性能を示した。

本研究では、水熱法により合成された新しい V ドープ MnCo 微小球スピネル酸化物 (MC) を実証し、物理的特性と電気化学的特性を調査しました。酸性媒体中での HER の性能を調査するために、V ドープ MnCo 微小球スピネル酸化物をガラス状炭素電極でコーティングし、カソードとして使用しました。バナジウムにはさまざまな安定した酸化状態 (+2、+3、+4、+5) があります。その高い酸化状態 (+4 および +5) は正の電位範囲で電荷を蓄積できるため、有利な擬似容量が得られます 28,31。電極の比容量が劇的に増加するため、異なる価数状態の 2 つ (またはそれ以上) のイオンを含むイオンは、他のほとんどの遷移金属イオンよりも高い電荷蓄積容量とより豊富な酸化還元反応を示します 29。

ワンステップの水熱プロセスにより、Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC が製造されました。化学量論量の Co(NO3)2・6H2O、Mn(NO3)2・6H2O、VCl3、および尿素 (CH4N2O) を初期材料として使用しました。化学量論量の金属塩を室温（ＲＴ）で撹拌することにより２０ｍｌのＤＩＨ２Ｏ中で解凍し、次いで１．２ｇの尿素（ＣＨ４Ｎ２Ｏ）を３０ｍｌのＤＩ水中で解凍した。両方の混合物を撹拌し、30分間超音波処理した。溶液をオートクレーブ (ステンレス鋼) に入れ、180 °C で 12 時間加熱しました。最後に、固体生成物を温脱イオン水で洗浄し、濾過し、オーブンで乾燥させた。

作用電極の調製では、5% ナフィオン溶液 80 μL と触媒 4 mg を、脱イオン水とエタノールの混合物 1 mL (体積比 4:1) に溶解しました。超音波処理を３０分間利用した。溶液が完全に分散したことを保証します。次に、5 μL の触媒インク溶液を研磨した GC 電極上に堆積し、80 °C で 2 時間乾燥して、0.285 mg/cm2 の触媒担持量を達成しました。

合成された MC の結晶構造は、リガクベンチトップミニフレックス XRD (X 線回折装置) によって分析されました。表面形態と化学組成は、SEM (走査型電子顕微鏡) と、Titan ST モデル HR-TEM、TEM (透過型および高分解能電子顕微鏡) 顕微鏡および EDX (エネルギー分散型 X 線分光法) を使用した FEI で実施されました。

リニアスイープボルタンメトリー (LSV)、サイクリックボルタンメトリー (CV)、クロノポテンシオメトリー (CP)、および電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は、AutoLab PGSTAT302N 電気化学ワークステーションを使用し、典型的な 3 電極システムを使用して 0.5 M H2SO4 溶液中で実行されました。 V-MnCo MC でコーティングされたガラス状炭素 (GC) 電極を作用電極として使用し、飽和 Ag/AgCl 電極を参照電極として使用し、Pt ワイヤを対電極として使用しました。ネルンスト方程式を使用して、ERHE (可逆水素電極電位) に対するすべての電位を校正し、方程式を使用して HER 測定のすべての電位を校正しました。 (1)1．

ここで、 \({\mathrm{E}}_{\mathrm{Ag}/\mathrm{AgCl}}^{\mathrm{o}}\) は、25 °C で 0.198 V に相当する標準電極電位です。 LSV測定のスキャン速度は5 mV s-1でした。電気化学クロノポテンシオメトリーを使用して、-10 mA/cm2 の固定電流での V-MnCo MC の安定性を測定しました。 EIS 測定は、周波数モジュールアナライザー (FRA2) を備えた同じポテンショスタット (PGSTAT302N Autolab) によって測定されました。

Vx-MnCo MC の相純度分析は、粉末 XRD 分析を通じて調査され、Match! によって精製されました。図 1 に示すように、ソフトウェアと完全な証明が得られました。XRD パターンでは、微量の MnO2 に関連する比較的低強度のピークを伴う立方晶スピネル酸化物構造の顕著な主要なピークが明らかになりました。図 1 のすべての回折ピークは、MnCo2O4 の標準国際回折データセンター (ファイル番号 23-1237) とよく一致しました。実験的な XRD パターンデータのリートベルト解析により、表 1 に示すように、格子パラメータ、セル体積、信頼性係数、結晶子サイズが明らかになりました。イオンの不一致による格子の膨張により、「x」が増加するにつれて格子パラメータも増加しました。半径。結晶子サイズは、最も強いピーク (311) の Scherrer の式を実行して 16.0 ～ 22.4 nm の間で計算されました 32。

Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の XRD 粉末パターン。

図 2 に示すように、Vx-MnCo MC の表面形態と形状をさまざまな倍率の SEM 分析によって調査しました。画像にはさまざまなサイズの球状粒子が示されています。高倍率の画像から、球状粒子が小さな立方体粒子が高度に凝集して構成されており、粗い表面を有する球状粒子が生じていることが明らかになった。しかしながら、図１２ｂに示すように、安定性試験後のＶｘ−ＭｎＣｏＭＣ（ｘ＝０．３）では、粒子の巨大な凝集が優勢であった。 Vx-MnCo MC (x = 0.3) の形態と構造をさらに確認するために、図 3 から明らかなように、球状粒子の集合を示す TEM と HR-TEM が使用され、合成された粒子のスピネル相が HR-TEM で確認されました。サンプル。 XRD結果に従って、0.28および0.18nmの明確に定義されたD間隔がVx-MnCo MCの(220)および(331)ファセットに割り当てられます。 Vx-MnCo（x = 0.2および0.4）MC中のCo、Mn、VおよびO元素の存在は、図4a、bに示すようにEDX分析によって確認されました。さらに、EDX スペクトルでは、V 含有量が増加し、x = 0.2 および 0.4 から Mn および Co 濃度が抑制されました。これは、V が MnCo MC にうまくドープされ、XRD および TEM 分析と一致していることを示しています。

(a) V ドーピングなし、続いて x = (b) 0.1、(c) 0.2、(d) 0.3、および (e) 0.4 の異なる倍率での Vx-MnCo サンプルの SEM 微細構造画像。

Vx-MnCo (x = 0.3) MC の TEM (左) および HR-TEM (右) 顕微鏡写真。

x = (a) 0.2 MC、および (b) 0.4 MC の Vx-MnCo サンプルの EDX スペクトル。

Vx-MnCo MC (x = 0.3) 磁性ナノ粒子の化学組成と酸化状態は、XPS 分析を使用して決定されました。図5aに示すように、サンプル要素を特定するために包括的な調査スキャンが実施されました。さらに、デコンボリューションされた各元素の特徴的なピークを図 1 と 2 に個別に示しました。 5b～f。図5bに示すように、C 1s状態のコア準位スペクトルは284.8 eVで観察され、さらに3つの特徴的なピークにデコンボリューションされました。結合エネルギー 284.8 eV、286.3 eV、および 288.3 eV で観察されるピークは、それぞれ C-C、C-O-C、および O-C=O 結合に割り当てられます。図 5c は、結合エネルギー 779.7 eV および 794.7 eV での Co のコア準位ピークを示しており、それぞれ Co 2p3/2 および Co 2p1/2 に対応します 33。 Co 2p3/2 のコアピークのデコンボリューションにより、Co2+ 状態と Co3+ 状態にそれぞれ対応する 779.5 eV と 780.9 eV の 2 つの特徴的なピークが導入されました。

Vx-MnCo MC (x = 0.3) サンプルの XPS 分析は、(a) サーベイスキャンと (b) C 1s、(c) Co 2p、(d) Mn 2p、(e) V 2p、(f) のコアレベルスペクトルを表します。 ) O 1 秒。

同様に、Co 2p1/2 スペクトルは 794.5 eV と 795.9 eV の 2 つのピークにデコンボリューションされ、脊椎構造の 2 つの異なる幾何学的位置に Co 原子が存在することが示されました。さらに、Co 2p3/2 および Co 2p1/2 スペクトルの 2 つのサテライトピークも、それぞれ 789.0 eV および 804.0 eV で観察されました。図5dに示すように、Mn 2p3/2およびMn 2p1/2コアスペクトルは、それぞれ641.6 eVおよび653.2 eVで観察されました34。デコンボリューションの結果、Mn のコアスペクトルは、それぞれ Mn2+ 状態と Mn3+ 状態に関連する特徴的なピークに分割されました 35。図5eに示すように、V 2p3/2 とV 2p1/2 のコアレベルスペクトルのスピン軌道ダブレットは、それぞれ516.5 eVと524.1 eVで検出されました36。 V 2p コアスペクトルをさらにデコンボリューションすると、それぞれの場合に 2 つのピークが導入され、V3+ および V5+ イオン状態の存在が示されます。図 5f は、それぞれ 529.7 eV と 531.1 eV に特徴的なピークを示す O 1 s 種のデコンボリューションされたスペクトルを表しています 37。 529.7 eV の高強度ピークは金属酸化物の結合を表し、一方、531.2 eV 付近を中心とする低強度のブロードなピークは、吸着されたヒドロキシル基と未反応の炭酸塩に関連しています。

図6a、bは、それぞれH = ± 70 kOe、温度300および10 Kで記録された、さまざまなVx-MnCo（x ≤ 0.4）MCの印加磁場（MH）に対する磁化の変化を示しています。室温で測定された MH の結果は、すべてのサンプルでほぼ直線の曲線を示し、300 K での常磁性挙動を示しました。拡大図で指摘されているように、10 K で測定された低磁場での MH 曲線には明らかなヒステリシスループのような特徴が観察できました。図6bの挿入図。準備されたすべてのサンプルの 10 K で開いたヒステリシスループは、低温でのフェリ磁性状態への変態を反映しています。スピネル酸化物では、超交換相互作用による中間 O2- イオンを介して、四面体 (A) サイトと八面体 (B) サイトの間に 3 つの主要な磁気相互作用が存在します。例えば、弱い超交換相互作用 Co2+ –O2- Co3+ –O2- Co2+ は、Co3O4 組成における反強磁性効果を維持しました 38。一部の Co3+ イオンを Mn3+ イオンで置換して MnCo2O4 サンプルを形成すると、磁気交換相互作用に大きな影響を与えます。実際、Co3+ イオンよりも大きなサイズの Mn3+ イオンが含まれると、酸素八面体が歪み、それによって四面体サイトが破壊され、MnCo2O4 (この場合 x = 0.0) MC の磁気秩序が不十分になります。したがって、低温での MnCo2O4 MC のフェリ磁性の発現は、Mn3+ イオンの含有によって引き起こされる構造歪みと Co2+ 副格子の反平行磁化間の平衡の崩れを介した反強磁性的に秩序化されたスピンの傾き効果に起因すると考えられます 39。

Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の磁気ヒステリシスループは、(a) T = 300 K および (b) T = 10 K で記録されました。

触媒作用と磁性は、より基本的な原子特性の異なる発現である可能性があります。しかし、磁性の触媒作用への現在の主な応用は、触媒固体の構造研究にあります。

一方、磁気パラメータの変動は、おそらく磁壁の不均一性と固有の固定を引き起こすバナジウムイオンの混入の結果であると考えられます。バナジウムイオンとコバルトイオンのイオン半径の相違により、交換相互作用の変化が局所的な結晶場によって引き起こされる可能性があります。このような効果は、低温での磁化反転プロセスに大きな影響を与える可能性のあるエネルギー障壁の生成につながる可能性があります。低温（10 K）では、磁化 Mmax などの磁気パラメータのバナジウム組成依存性は 70 kOe で達成され、残留磁化（Ｍｒ）および保磁力（Ｈｃ）を図７に示す。７０ｋＯｅで達成される室温（３００Ｋ）磁化Ｍｍａｘも図７ａに示す。 300 K と 10 K の両方で、親サンプルと比較してバナジウム含有量の増加に伴い磁化 Mmax が連続的に増加しています。異なる調製組成物では、温度が 300 K から 10 K に低下するにつれて、Mmax (70 kOe で) が増加しました。たとえば、Mmax (70 kOe で) は、x = 0.0 および 0.4 のサンプルの場合、300 K でそれぞれ 2.0 および 3.2 エミュ/g に等しく、10 K では約 11.5 および 20.0 エミュ/g に増加します。温度が低下するにつれて、、Mmax (70 kOe で) は、減磁に寄与する熱変動が低温で低下するため増加します。したがって、Mmax (70 kOe の場合) と Mr および Hc が上昇します。換言すれば、温度が低下するにつれて、熱撹拌は減少する傾向がある。したがって、磁化の容易な回転は熱撹拌よりも支配的となり、全体的な磁化の大きさの増加につながります。組成含有量 (x) が増加するにつれて、低温 (T = 10 K) では Mmax (70 kOe で) と Mr 値が同時に増加することがわかります。たとえば、Mmax (± 70 kOe で) は、ドープされていないサンプル (x = 0.0) では約 2.3 mux/g (300 K で) および 11.5 mux/g (10 K で) であり、約 3.2 mux/g に達しました ( x = 0.4の生成物では20.0エミュ/g(10Kで)。１０Ｋで測定したＭｒは、非ドープサンプル（ｘ＝０．０）では約０．８ｅｍｕ／ｇであり、ｘ＝０．４の生成物では約１．５８ｅｍｕ／ｇに達した。中間組成物の場合、図７ｂに示すように、ｘ＝０．１、０．２、０．３のサンプルのＭｒ値はそれぞれ約１３．１、１４．９、１７．３ｅｍｕ／ｇである。

「x」に関する (a) 300 および 10 K での Mmax (± 70 kOe)、(b) 10 K での Mr、(c) 10 K での Hc の変化。

磁化値はバナジウム置換により継続的に増加します。ただし、Hc 値の変化は x > 0.2 で異常を示しました。図7cに示すように、Hcは、バナジウム含有量（x）が0.2まで増加すると最初に増加しますが、その後バナジウム含有量がさらに増加すると（x > 0.2）低下します。保磁力 Hc が結晶子サイズに大きく依存することはよく知られています 40,41。ＸＲＤ結果によると、結晶子サイズはｘ含有量が０．２まで増加するにつれて増加するが、ｘ含有量がさらに増加すると減少することが分かる。 10 K では、ドープされていないサンプル (x = 0.0) の Hc は約 1212.1 Oe であり、x = 0.1 および 0.2 の製品ではそれぞれ 1371.6 および 1390.3 Oe まで徐々に増加し、さらに増加するとわずかに減少し始めます。バナジウム含有量の増加 (x = 0.3 の場合は Hc = 1230.2 Oe、x = 0.4 の場合は Hc = 1214.5 Oe)。記録された Hc 値は無視できず、低温における本サンプルの複雑な磁気特性を示しています。 Mmax (70 kOe における) の変動は、さまざまな部位でのカチオンの分布、つまりシステム全体の正味の磁気モーメントの変動によって十分に説明できます。

非置換 MnCo2O4 MC の場合、カチオンは (Co3+)A[Co2+Mn3+]BO4 のように Td サイトと Oh サイトの間に分布します。 Td サイトは、約 \(;close\mu \left(A\right)=4.9{\mu }_{B}\) の磁気モーメントを持つ Co3+ イオン (スピン S = 2 および g = 2) によって占められています。一方、OH サイトは、それぞれ高スピン状態 S = 3/2 および 2 の Co2+ および Mn3+ イオンによって占められています。したがって、B サイトの磁気モーメントは \({\mu \left(B\right)=\sqrt{{\left({\mu }_{{Co}^{2+}}\right) }^{2}+{\left({\mu }_{{Mn}^{2+}}\right)}^{2}}=\sqrt{{\left(3.87\right)}^{2 }+{\left(4.9\right)}^{2}}=6.24\mu }_{B}\)。したがって、B サイトに位置する磁性イオンの軌道角運動量が完全に消失していることがわかります。バナジウムをドーピングすると、陽イオンは \({\left({Co}^{3+}\right)}_{A}{\left[{Co}_{2-x}^{2+}{ V}_{x}^{2+}{Mn}^{3+}\right]}_{B}{O}_{4}\) ここで、バナジウムイオンは、Co2+ の一部のイオンを置換すると、OH サイトを占有します。この配置では、B サイトに存在する 3 つのイオンは \(\mu \left({Co}^{2+}\right)=3.87{\mu }_{B}\), \(\ mu \left({V}^{2+}\right)=1.73{\mu }_{B}\)、および \(\mu \left({Mn}^{2+}\right)=4.9{ \mu }_{B}\)。 B サイトに存在する磁性 Co2+ イオンの一部を、磁気モーメントの低い V2+ イオンで置換すると、B サイトの磁気モーメントが減少します。理論的には、A サイトの磁気モーメントは一定であるため、系全体の正味の磁気モーメントは x 含有量の増加とともに減少します。しかし、本研究ではこれは異なり、バナジウム置換による磁化の増加が観察されています。これは、他の要因が現在のサンプルの磁気的挙動を支配していることを示しています。したがいまして、今後の研究として、私どもの研究班でさらなる調査を行う予定でございます。

図 8 は、FC および ZFC 条件下で実行されたさまざまな Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の磁化 (M-T) の温度 (10 K ≤ T ≤ 325 K) 依存性を示しています。約 Happ = 100 Oe の DC 磁場が印加されています。以降、ZFC で測定した M-T 曲線を MZFC(T)、FC 条件で測定した MFC(T) 曲線と表記します。 MZFC(T) 曲線の一般的な形状は、さまざまな製品で実質的に同等です。 MZFC(T) と MFC(T) プロットの両方の傾きの顕著な変化は、よく知られているフェリ磁性キュリー温度 Tc を示しています。 Tc でのこれらの磁気転移は、調製された生成物のフェリ磁性挙動を強調します。 Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の場合、Tc 値はバルク MnCo2O4 MC で登録されている値 (Tc ~ 185 K) よりも低く、これは主に有限サイズの影響によるものです42。 Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC は、Tsp < Tc として示される特定の温度で、MZFC(T) 曲線と MFC(T) 曲線の間に明確な分離を示します (図 8)。 MFC(T) プロットは、温度の上昇とともに徐々に低下し、MZFC(T) プロットよりも多く合流します。磁化の熱不可逆性は通常キュリー温度下で検出されます。これは、調製されたサンプルに高い結晶磁気異方性が存在するためです。観察された不可逆性は、MnCo2O443 および特定のフェリ磁性酸化物および強磁性酸化物に関する以前の発見に匹敵します。

FC および ZFC 条件および 100 Oe の直流磁場下で測定された Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の M-T グラフ (磁化の温度依存性)。

また、いずれの製品もMZFC(T)曲線のTp（キュリー温度より低い温度）で磁化の最大ピークを示し、その後は浅い値に落ち込んでいます。一般に、TP 付近のピークの出現は、スピングラス状態、または Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の有限サイズと表面効果によって引き起こされるブロッキング現象のいずれかに起因すると考えられます。さらに、このようなピークの存在は、印加磁場と温度によって変化する結晶磁気異方性との間の競合効果であるホプキンソン効果に基づいて説明できる可能性がある。上記の MH パートで報告したものと同様、磁壁ピンニングの影響も MZFC(T) 曲線の形状に影響を与える可能性があります。実際、低磁場を加えて試料を加熱することにより、磁壁の移動度を高めることができた。これは、温度の上昇とともに磁壁ピンニング効果が減少することを意味します。したがって、壁は印加された磁場の方向に向かって簡単に移動し、磁化がわずかに増加します。

Tc を超えると、製品は消磁されます。したがって、磁化は Tc でほぼゼロに低下します。一方、温度が上昇すると熱撹拌が増加する傾向があり、磁化が減少します。それにもかかわらず、T < Tc では、容易磁化の回転が熱撹拌よりも支配的になる可能性があり、磁化の全体的な上昇につながります。

その結果、Tc44 未満の MZFC(T) 曲線で最大ピークが検出されます。さらに、「x」が増加するにつれて、Tc が徐々に高温に向かってシフトすることが明らかでした。これは、バナジウム含有量が増加するにつれて微結晶/粒子サイズがわずかに増加することと相関している可能性があります45。バナジウム含有量の関数として臨界温度 Tsp および Tsp の変化を図 9 に示します。「x」が増加するにつれて、Tp および Tsp が徐々に高温に向かってシフトすることがわかります。たとえば、ドープされていない MC の Tp は約 27.9 K ですが、x = 0.1、0.2、0.3、0.4 の組成ではそれぞれ 28.7、29.3、29.7、30.0 K と着実に向上しました。

Tp および Tsp 温度とバナジウム含有量の変化。

裸のおよびさまざまな濃度の Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の HER に対する電気化学的性能を、3 電極構成の 0.5 M H2SO4 電解質中で評価しました。 LSV 測定は、代表的な電極の電極触媒活性を調査するために実行されました。図 10a は、10 mV/s のスキャン速度で RHE に対して 0 ～ -0.5 V 以内でサンプルをスキャンすることによって取得された LSV を示しています。 Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極触媒の開始電位が最も低く (-78.9 mV)、Vx-MnCo MC の中で最も効率的な触媒となっていることに言及する価値があります。指定された Vx-MnCo (x = 0.3) MC は、他の異なる組成の Vx-MnCo MC の中でも、わずか 85.9 mV の過電圧で顕著な HER 活性を示し、10 mA cm-2 の電流密度を提供します。これらの結果は、Vx-MnCo (x = 0.3) MC が HER 電極触媒として非常によく機能することを明らかにしました。これは、Vx-MnCo MC が容易に吸収するかなりの数の H 種を遊離する水分子の脱プロトンに起因する可能性があります。その後、近くの電子または吸着水素 (Had) との化学結合が確立され、これらのプロセスの両方が同時に起こり、H2 分子が形成されます。残りのサンプルは、おそらく水素種の吸着に利用できる活性サイトが少なく、電気化学的表面積が減少したため、比較的低い性能を示しました。 V の添加により電気化学的表面積が増加し、多くの欠陥サイトが生じ、電荷の迅速な移動に有利となるため、V のドーピングは HER の強化を達成するために重要です。図 10b は、いくつかのサンプルの 10 mA/cm2 での正規化された過電圧値の比較プロットを示しています。 Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極触媒によって示される最低過電圧値 85.9 mV は、HER を触媒する際の複合材料の有効性を示しています (表 2)。

(a) Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC の LSV 曲線。 (b) Vx-MnCo MC の異なる触媒間の比較プロットと、電流密度 10 mA/cm2 におけるそれぞれの正規化された過電圧。 (c) Vx-MnCo MC (x = 0.3) のさまざまなスキャン速度で、-0.25 ～ -0.35 V 対 RHE の非オーミック領域で記録された CV 曲線。 (d) 準備されたすべてのサンプルの Cdl 値を推定するための電流密度とスキャン速度のプロット。

化学分析用電子分光法 (ESCA) は、二重層静電容量 (Cdl) や比静電容量 (Cs) などの電極触媒の性能に関連する重要な活性パラメータです 46。 Vx-MnCo (x = 0.3) MC の活性が高いという上記の仮定を確認するために、裸電極と Vx-MnCo MC 電極の ECSA を測定しました。次の式。 (2) を利用して ECSA を計算しました。

Cdl 値は CV 曲線の非ファラデー電位領域を使用して導出され、Cs は 35 μF cm−2 47 と仮定されました。図 10c は、スキャン速度での Vx-MnCo (x = 0.3) MCs 電極触媒について得られた CV 曲線を示しています。 RHE に対して -0.25 ～ -0.35 V の電位範囲で 10 ～ 120 mV/s の範囲です。図 10d は、いくつかの走査速度に対して RHE に対して -0.30 V の電位での電流密度をフィッティングすることによって達成される線形フィットを示しています。これらの直線の傾き (図 10d) を使用して Cdl の値を決定しました。調製した Vx-MnCo MC のすべてのサンプルの ESCA および Cdl 値を表 2 に示します。電極触媒 Vx-MnCo (x = 0.3) MC は、11.4 cm2 の ECSA 値で優れた性能を示しました。触媒の活性サイトの数 (N) をさらに調べるには、次の式を使用します。 (3) を利用して計算すると、

ここで、Qs は表面電荷密度であり、電位範囲全体にわたって各 CV 曲線の電荷を積分することによって導出され、電荷の半分の値が Qs 値として得られます。F はファラデー定数 (96,485 C mol−1)48 です。。 Qs 値によると、Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC のすべての調製サンプルの計算された活性点の数は、1.31 × 10-7、1.35 × 10-7、1.77 × 10-7、2.41 × 10-7 でした。それぞれ7、1.82 × 10−7 mol cm−2。この結果は、電極触媒である Vx-MnCo (x = 0.3) MC には、HER の原因となる水素分子を吸着するためのより多くの活性サイトがあることが確認されています。

電極触媒プロセスの反応速度論は、電位と電流密度の関係を関連付けるターフェル分析を使用して調査されました。対応するターフェル方程式は、式 1 に示されています。 (4)

ここで、ターフェル定数、a; ターフェル勾配、b; 電流密度、j; 過電圧、η47。図 11a は、Vx-MnCo MC のターフェルプロットを示しており、対応する傾きはそれぞれ 131、115、103、84、および 96 mV/dec です。 Vx-MnCo MC (x = 0.3) 電極触媒は 84 mV/dec という低いターフェル勾配値を示し、この材料が HER における Volmer-Heyrovsky 律速段階に従うという仮定をさらに裏付けています。ターフェル勾配の値は、触媒性能中に遭遇する反応経路を表します。フォルマー反応とも呼ばれる初期段階では、水素原子が電極の表面から放出されたプロトンを吸収します。ヘイロフスキープロセスでは、ハドは陽子および電子と結合して新しい水素分子を生成します。ターフェルルートは、2 つの Hads 種を再結合させて水素分子を生成することを示唆しています。 Volmer-Heyrovsky 経路は Volmer プロセスと Heyrovsky プロセスで構成され、HER が進行する最も一般的なメカニズムです 48,49。最も効果的な電極触媒である Vx-MnCo MC (x = 0.3) の計算されたターフェル勾配 84 mV/dec は、反応が律速となる Volmer-Heyrovsky ステップを介して進行することを示しています。

(a) Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC のターフェルプロット。 (b) 準備されたすべてのサンプルのナイキストプロット。 (c) 1000 CV サイクルの前後でスイープした Vx-MnCo (x = 0.3) MC の LSV 曲線。（ d ）36時間の長期間観察されたVx-MnCo MC（x = 0.3）MCのCP曲線。

小さな半円によって示される強力な電極触媒活性は、一般に触媒電解質界面での高速電子移動を示します。図１１ｂに示すように、０．５ＭＨ２ＳＯ４電解質溶液中で界面を横切る電荷移動における触媒の効率を理解するために、ＥＩＳ分析を実施した。 ηが85.9 mV、周波数範囲が0.1 Hz〜105 HzのVx-MnCo MCのナイキストプロットを図11bに示します。 Vx-MnCo MC (x = 0.3) 電極触媒は他の触媒よりも低い電荷移動抵抗を示し、これは HER 性能を大幅に向上させ、電極触媒/電解質界面で電子を移動させる能力が優れていることを示しています。

図 11c は、CV 分析前後の Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極触媒の安定性を評価するために使用した LSV を示しています。図 11c に見られるように、1000 サイクルの CV 研究後、Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極触媒の LSV 曲線は、過電圧のほぼ 4 mV の変化を示しています。これは、触媒からの材料の細断によるものである可能性があります。気泡の形成による電極表面の損傷。 CP分析を利用して、酸性溶液中で-10 mA/cm2の定電流を36時間流すことによって電極触媒の長期安定性をさらに確認しました（図11dに示す）。 Vx-MnCo (x = 0.3) MC の CP 曲線で観察されるわずかな乱れは、電極表面での H2 放出中の気泡の形成と集中によるものです。ただし、電極触媒は、-10 mA/cm2 の電流密度で 36 時間電極触媒作用を行った後でも、優れた電位値の保持を示しました。安定性試験に続いて、Vx-MnCo (x = 0.3) MC の構造、形態、および組成が再評価されました (図 12)。しかしながら、その形態は、高度に凝集した立方体粒子の塊状を示した。

(a) XRD スペクトル。 (b) 安定性試験後の Vx-MnCo (x = 0.3) MC の EDX スペクトルと SEM 画像。

さらに、構造および組成に大きな変化は観察されなかった。これは、Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極触媒が非常に安定であるという決定的な証拠を提供します。これらの発見は、Vx-MnCo (x = 0.3) MC が将来の水素燃料電池技術に適した高性能 HER 電極触媒であることを示しています。文献で報告されている Vx-MnCo (x = 0.3) MC と他の HER 触媒の電極触媒 HER 性能の過電圧比較を表 3 に示します。

要約すると、Vx-MnCo (x ≤ 0.4) MC は、単純な水熱プロセスを使用して効果的に合成されました。これらのサンプルの構造、形態、磁気特性、および効率的な HER 電極触媒としての使用の可能性が調査されました。 XRD、HR-TEM、TEMによる構造分析と形態分析の両方で、少量の不純物MnO2を含むVx-MnCo (x ≤ 0.4) MCの形成が確認されました。さまざまな製品は、高温では常磁性の挙動を示し、低温ではフェリ磁性の挙動を示します。 MZFC 曲線のキュリー温度 (Tc) とピーク温度はバナジウム濃度の増加とともに増加することが検出されます。 MH と MT の両方の結果から、温度の低下に伴って全体的な磁化の大きさの増加が検出され、これは主に熱撹拌の減少と相関しています。 MH の結果は、バナジウム含有量が増加するにつれて、300 K と 10 K の両方での Mmax (± 70 kOe) 値と Mr 値が増加することを示しています。 Hc 値は、0.2 までは x が増加するにつれて増加し、0.2 を超えるとさらに減少します。 Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極は、他の対応物よりもはるかに優れた HER 活性を示します。最適化された触媒 Vx-MnCo (x = 0.3) MC 電極は、78.9 mV の低い開始電位、10 mA/cm2 で 85.9 mV の低い過電位、および 0.5 M H2SO4 電解質中で 84 mV/dec のわずかなターフェル勾配を必要とします。 Vx-MnCo (x = 0.3) MC の優れた性能は、電極/電解質界面での ECSA と電子輸送容量の増加によるものです。

これらの結果は、Vx-MnCo (x = 0.3) MC が大規模商用水素燃料電池用途における電気化学 HER の有望な候補電極であることを明らかにしました。さらに、長期テストにより、この電極は 1,000 CV サイクルおよび 36 時間の CP テスト後でも高品質を維持することが示されています。また、磁気特性の利点により、これらの触媒の磁場誘起電気化学触媒特性は、将来の磁気電気化学の分野に新たな展望を提供する可能性があります。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Yu、F.ら。全体的な水を分解するための高性能二官能性多孔質非貴金属リン化物触媒。ナット。共通。 9, 2551 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

Wang、W.ら。高性能光電気化学的水分解用のペロブスカイト酸化物ベースの電極。アンジュー。化学。内部。エド。 59、136–152 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Huang、Y.ら。全体的な水の分解に非常に効果的な電極触媒としてのメソポーラスコバルトフェライトリン化物/還元酸化グラフェン。 J. コロイド界面科学。 605、667–673 (2022)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Sandhya、S. et al. アルカリ性媒体中で効率的に水素を生成するための Ni-Mo-rGO 複合電極の電着。新しいＪ．Ｃｈｅｍ． 42、4661–4669 (2018)。

記事 Google Scholar

ザーラ、R.ら。硫化ニッケルコバルトとそのハイブリッドに関するレビュー: 地球上に豊富に存在する、水素発生反応用の pH 安定な電極触媒。内部。 J. 水素エネルギー。 45、24518–24543 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ランカウフ、K.ら。 MnxCo3-xO4 スピネル酸化物は、アルカリ媒体中での効率的な酸素発生反応触媒として機能します。内部。Ｊ．ハイドロッグ．エネルギー。 45、14867–14879 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ファン、C.ら。酸素発生反応を促進する階層的中空逆スピネルマンガンコバルト酸化物の表面化学的再構成。Ｊ．Ｃｈｅｍ．工学 431、133829 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

クマール・シン、N. 他スピネル型 CoxFe3-xO4 (0 ≤ x ≤ 1.5) 酸化物の低温合成と酸素発生、アルカリ溶液中での電極触媒への応用。内部。Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．科学。 15、6605–6619 (2020)。

記事 Google Scholar

サン、B.ら。水素発生反応のためにニッケル発泡体上にパラジウムナノ粒子を電着した三次元 NiCo2O4 ナノシートとナノフラワー。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。固体。 158、110255（2021）。

記事 CAS Google Scholar

カーン、S.ら。エネルギー貯蔵用途向けのスピネル M0.5Zn0.5Fe2O4 (M = Ni Co、および Cu) フェライト: 誘電性、磁気性、および電気化学的特性。セラム。内部。 48、29291–29297 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Belhadj, H. et al. 電気化学的水素発生反応に対する有効な電極触媒としての金属フェライト (MFe2O4、M = Co、Ni、Zn、Cu) の容易な合成。内部。 J. 水素エネルギー。 47、20129–20137 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

ハッサン、M.ら。 HER 用の高効率電極触媒としての新しい Se ドープ NiFe2O4 フェライトの構造パラメーター、エネルギー状態、磁気特性。セラム。内部。 48、24866–24876 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Huang、X.ら。適切な Ce 含有量の導入により、MnCo2O4 上の水分解電極触媒作用が強化されました。 ACSサステイン。化学。工学 7(1)、1169–1177 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、RL et al. 幅広い pH 範囲の電解質で高効率の水素発生反応を実現するために、ニッケルフォーム上に支持されたストロー状のリンドープ Co2MnO4 ナノニードルアレイ。応用サーフィン。科学。 548、149280 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Rajeevan, NE et al. Bi 置換 Co2MnO4 の構造、電気、磁気特性。メーター。科学。工学 B. 163、48–56。

記事 CAS Google Scholar

Wang, H. et al. Ni置換MnCo2O4スピネルの電子構造と磁気配置。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 C. 124、24090–24096 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ティー、SYら。エネルギー駆動による水分解の最近の進歩。上級科学。 4、1600337 (2017)。

記事 Google Scholar

リー、Ｘら。水の分解: 電極からグリーンエネルギーシステムへ。ナノマイクロレット。 12、131 (2020)。

記事 ADS Google Scholar

モハメド、MJS 他マイクロ波アプローチによる優れた多機能触媒性能を備えた BaWO4/NRGO-g-C3N4 ナノ複合材料の合成。フロント。メーター。科学。 12、247–263 (2018)。

記事 Google Scholar

モハメド、MJS 他優れた助触媒は、電気化学的水素発生反応用の緑色パルスレーザーアブレーションにより、SrTiO3 ペロブスカイト結合 CdSe ナノハイブリッド触媒を遊離します。化学。工学 J.Adv. 11、100344 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

リン、H.ら。全体的な水を分解するための Mo ドープ NiCoP ナノシートアレイに基づく二機能電極触媒。ナノマイクロレット。 11、55 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Wang、WH et al. マンガン (IV) とコバルト (II) が豊富な表面を備えたメソ多孔質 MnCo2O4 スピネルの大量生産により、優れた二官能性酸素電気触媒作用を実現します。アンジュー。化学。内部。エド。 56、14977–14981 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、Z.ら。充電式亜鉛空気電池用の効率的な二機能触媒としての NiO/NiCo2O4 多孔質ナノファイバーの界面工学。 ACS アプリケーション。メーター。インターフェース。 12、21661–21669 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

リー、Ｙら。酸素発生反応用の極薄 Co3O4 ナノメッシュ。 ACSカタログ。 8、1913 ～ 1920 年 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Rebekah、A. et al. rGO 上に固定された Zn 置換 MnCo2O4 ナノ構造により、メタノール酸化および酸素発生反応 (OER) に対する電極触媒性能が向上します。内部。 J. 水素エネルギー。 45、14713 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Kotalgi, K. et al. 潜在的なスーパーキャパシタ用途のためのマイクロ波支援音波化学法を使用して合成された MnCo2O4 の電子輸送および電気化学的性能。化学。物理学。レット。 800、139660 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

シャハナス、T.ら。高性能非対称スーパーキャパシタ用の電極としての逆スピネルコバルトマンガン酸化物ナノスフィア材料。 J. アロイズ Compd. 933、167645 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

ヤン、C.ら。高性能スーパーキャパシタ用のバナジウムドープ硫化ニッケルナノフラワーの水熱合成。 J. アロイズ Compd. 928、167189 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Choi, H. et al. 活性電極触媒としてスピネル M2GeO4 (M = Fe、Co) を使用した尿素アシスト水電気分解により、環境に優しい水素生成を促進します。環境。科学。ナノ。 8、3110–3121 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Alqarni、AN et al. 高電流スーパーキャパシタ用途向けのバナジウム挿入スピネルフェライト (Co0.5Ni0.5VxFe1.6−xO4) 電極の合成と設計。 J. エネルギーストレージ 51、104357 (2022)。

記事 Google Scholar

Yu, M. 他価数が最適化された酸化バナジウムスーパーキャパシタ電極は、超高静電容量と 100,000 サイクルの超長期サイクル耐久性を示します。上級機能。メーター。 25、3534–3540 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

マシューズ、SA et al. (Ba0.5Sr0.5Fe12O19)1-x/(NiFe2O4)xハード/ソフトフェライトナノ複合材料のマイクロ波吸収研究。メーター。化学。物理学。 252、123063 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Yadav、RS et al. 蜂蜜媒介ゾルゲル燃焼法によって合成されたCoFe2O4ナノ粒子の磁気、誘電、電気、インピーダンスおよび弾性率分光特性に対する粒径および構造変化の影響。上級ナット。科学。ナノサイエンス。ナノテクノロジー。 8、45002 (2017)。

記事 Google Scholar

Guo、J.ら。 NTC サーミスタ用途のための Mo 修飾 MnFe2O4 セラミックの電気的特性と温度感度。 J. メーター。科学。メーター。電子。 29、2491–2499 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Huong、PTL et al. 機能性マンガンフェライト/酸化グラフェンナノ複合材料: 水溶液からの有機 MB 色素と無機 As (v) イオンの吸着機構に対する酸化グラフェンの影響。 RSC アドバンス 8、12376–12389 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

Wang、J.ら。インプラント関連血流感染に対するさまざまな価数のバナジウムナノ粒子による機能化表面修飾。内部。 J.ナノメッド。 12、3121 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

マサチューセッツ州アルメシエールら。音波化学的および水熱合成された Mn0.5Zn0.5SmxEuxFe2−2xO4 ナノ粒子の比較研究: 構造、光学および磁気特性。ナノ構造。ナノオブジェクト。 28、100792 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ミーナ、PL 他 Co3−xMnxO4 (x= 01–10) 立方晶スピネルマルチフェロイックの誘電研究。Ｊ．Ａｐｐ．物理学。 106(2)、024105 (2009)。

記事 ADS Google Scholar

トータ、S.ら。 NiO ナノ粒子のネール温度と光学バンドギャップのサイズ依存のシフト。Ｊ．Ａｐｐｌ．物理学。 114(21)、214307 (2013)。

記事 ADS Google Scholar

マサチューセッツ州アルメシエールら。 Tm3+ および Tb3+ 希土類陽イオン置換が Co-Ni ナノスピネルフェライトの構造および磁気パラメータに及ぼす影響。ナノマテリアル 10(12)、2384 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

マサチューセッツ州アルメシエールら。 Sr ヘキサフェライトの構造、超微細相互作用、磁気特性に対する Gd 置換の影響。セラム。内部。 47(23)、33853–33864 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Pramanik, P. et al. MnCo2O4 ナノ構造の電子構造と磁気特性に対する Cu ドーピングの影響。Ｊ．Ｐｈｙｓ．条件案件。 29(42)、425803 (2017)。

記事 Google Scholar

ジョイ、ペンシルバニア州ら。酸化スピネル MnCo2O4 の異常な磁気ヒステリシス挙動。Ｊ．Ｍａｇｎ．マグニチュードメーター。 210(1–3)、31–34 (2000)。

論文 ADS MathSciNet CAS Google Scholar

クォン、HW 他 HDDR処理したNd-Fe-B系材料におけるホプキンソン効果の研究。Ｊ．Ｍａｇｎ．マグニチュードメーター。 6(2)、61–65 (2001)。

MathSciNet Google Scholar

シン、S.ら。 MnCo2O4 ナノ微結晶のサイズ依存の構造的、磁気的、および光学的特性。Ｊ．Ａｐｐｌ．物理学。 121(19)、194303 (2017)。

記事 ADS Google Scholar

Zhou、Z.ら。リン化ニッケルの水素発生反応活性は電解質の pH に非常に敏感です。 J. メーター。化学。メーター。 5、20390–20397 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Mohamed, MJS 電解槽および燃料電池技術に対する FeWO4/Fe3O4@NrGO ナノ複合材料の高い二官能性電極触媒活性。 J.エレクトロアナル。化学。 897、115587 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Yafeng, C. et al. Co ドープ 1T-MoS2 と V2C MXene を組み合わせた界面工学による効率的な電極触媒による水素発生。化学。工学 J. 450、138157 (2022)。

記事 Google Scholar

モハメド、MJS 他表面酸素空孔欠陥により、CoTiO3−x ペロブスカイトナノ構造が誘導され、酸性および海水の電気分解による高効率の触媒活性が得られました。結果 2022、106179 (2023)。

記事 Google Scholar

Homa, S. et al. ガラクサイト、Mn0.9Co0.1Al2O4の合成、および電気化学的水素発生反応用の新規ナノ触媒としてのその応用。物理学。 B 凝縮します。案件。 538、172–178 (2018)。

記事 Google Scholar

Hou、J.ら。効率的かつ安定した全体的な水の分解のために、モット・ショットキー電極触媒としてコアシェルナノワイヤアレイの活性サイトを促進します。上級機能。メーター。 28(4)、1704447 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

Kong、D. et al. 炭素繊維紙上で成長させた CoSe2 ナノ粒子: 水素発生反応のための効率的で安定した電極触媒。混雑する。化学。社会 136(13)、4897–4900 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

アヤン、M.ら。電極触媒による水素発生反応のために還元酸化グラフェンに埋め込まれたナノ構造ニッケルフェライト。メーター。今日のエネルギー。 8、118–124 (2018)。

記事 Google Scholar

Huajie、H.ら。効率的な水素発生反応を目指したスピネル型マンガン-コバルト酸化物とMXene電極触媒の結合。燃料 328、125234 (2022)。

記事 Google Scholar

チマンガゾ、SM et al. 水素生成に向けた NiFe2O4/CB ナノスフェアの電極触媒活性と安定性を強化するための環境に優しいアプローチ。更新します。エネルギー。 154、704–714 (2020)。

記事 Google Scholar

Liu, D. et al. 自立型メソポーラススピネル酸化物ナノワイヤーアレイの酸素欠損を調整することによる水素発生活性の強化。ナノ解像度。 11(2)、603–613 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Huixuan、Z.ら。水素発生反応に優れたFeSe2/CoFe2O4ヘテロ接合の合成に成功。更新します。エネルギー。 155、717–724 (2020)。

記事 Google Scholar

ラヴィ、N.ら。電気化学的水素発生用のコバルトおよびニッケルフェライトベースのグラフェンナノ複合材料。Ｊ．Ｍａｇｎ．マグニチュードメーター。 44、165–171 (2018)。

Google スカラー

ラヴィ、N.ら。電気化学的水素発生反応用のマンガンおよび亜鉛フェライトベースのグラフェンナノ複合材料。 J. アロイズ Compd. 796、185–195 (2019)。

記事 Google Scholar

Elakkiya、R. et al. 電気化学的水分解のための二機能触媒としての花のようなニッケルコバルト酸化物ナノ材料。メーター。解像度ブル。 116、98–105 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ソフィウル、A.ら。水素および酸素発生反応における層状酸化物 SrLaAl1/2M1/2O4 (M = Mn、Fe、Co) の電極触媒活性。メーター。化学。物理学。 293、126942 (2023)。

記事 Google Scholar

カナンケ・ガマージュ、CCW et al. 水素および酸素発生反応における同構造酸化物 Sr2LaFeMnO7 および Sr2LaCoMnO7 の電極触媒活性の変化。ダルトン交通局 50(40)、14196–14206 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

YS、MAA、AB は、施設を提供してくれたサウジアラビアのイマーム・アブドゥルラフマン・ビン・ファイサル大学の研究・医療相談研究所 (IRMC) に感謝します。すべての著者は、研究を成功裏に進めるために研究施設やその他の技術的支援を提供してくれたファハド石油鉱物資源大学（KFUPM）に感謝します。 MAG と AR は、ブリティッシュ・カウンシルが主催する英国・サウジ間チャレンジ基金プログラム 2022 を承認します。 MAG は KACARE フェローシップにも感謝しています。

レーザー研究グループ、物理学科、IRC 水素およびエネルギー貯蔵、キング・ファハド石油鉱物大学 (KFUPM)、ダーラン、31261、サウジアラビア

MJS モハメド & MA ゴンダル

生物物理学科、研究医療相談研究所 (IRMC)、イマームアブドゥルラフマンビンファイサル大学、私書箱 1982、ダンマーム、31441、サウジアラビア

Y. スリマニ & MA アルメシエール

KA CARE エネルギー研究イノベーションセンター、キング・ファハド石油鉱物資源大学、ダーラン、31261、サウジアラビア

マ・ゴンダル

イマーム・アブドゥルラフマン・ビン・ファイサル大学理学部物理学科、私書箱 1982、ダンマーム、31441、サウジアラビア

MA アルメシエール

ナノ医療研究部門、研究医療相談研究所 (IRMC)、イマーム・アブドゥルラフマン・ビン・ファイサル大学、私書箱 1982、ダンマーム、31441、サウジアラビア

A. バイカル

ミンハジ大学ラホール物理学部、パンジャブ州54770、パキスタン

M・ハッサン

化学科、フォーマン・クリスチャン・カレッジ、ラホール、54600、パキスタン

AZ カーン

エクセター大学、環境科学経済学部、環境持続可能性研究所、太陽エネルギー研究グループ、コーンウォール、TR10 9FE、英国

アヌラグ・ロイ

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

MJSM: 触媒と合成を開発し、全体的な実験とデータ分析を実施しました。執筆—原案。 YS: 実験計画、特性評価、データのキュレーションと執筆 - 原案。 MAA と AB: 方法論、調査、MH と AZK: データのキュレーションと正式な分析。 MAG と AR: 概念化、執筆、アイデアの開始、レビュー、監督、プロジェクト管理、資金調達。

MA ゴンダル、MA アルメシエール、またはアヌラグロイに対応します。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

モハメッド、MJS、スリマニ、Y.、ゴンダル、MA 他水素発生の電極触媒活性の向上に対するスピネル MnCo2O4 上のバナジウムイオン置換の役割。 Sci Rep 13、2120 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-29081-2

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 12 月 14 日

受理日: 2023 年 1 月 30 日

公開日: 2023 年 2 月 6 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29081-2

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。

前: ランプ圧縮下のアルミニウムの相変態パス。シミュレーションと実験研究次: インピーダンスの屈折率を調整する

お問い合わせを送信

送信

水素生成のための電極触媒活性の向上に向けたスピネル MnCo2O4 上のバナジウム イオン置換の役割

水素生成のための電極触媒活性の向上に向けたスピネル MnCo2O4 上のバナジウムイオン置換の役割