Teurimong geunaseh ka neukunjong bak nature.com. Versi browser nyang neungui na dukungan CSS nyang teubatah. Keu pengalaman nyang paleng jroh, kamoe meusarankan neungui browser nyang leubeh baro (atau neupeu-aktif mode kompatibilitas lam Internet Explorer). Lam watee nyan, untuk tapeugot dukungan sabe, kamoe akan kamoe peuleumah situs nyan hana gaya dan JavaScript.
Elektrosintesis asam adipat (prekursor nilon 66) dari minyeuk CA (campuran sikloheksanon ngon sikloheksanol) nakeuh strategi nyang berkelanjutan nyang jeuet geugantoe metode tradisional nyang peureulee kondisi nyang kreuh. Namun, kepadatan arus nyang miyub ngon reaksi evolusi oksigen nyang meusaingan seucara signifikan geubatasi aplikasi industri jih. Lam karya nyo, kamoe meumodifikasi hidroksida ganda nikel deungen vanadium untuk meupeutingkat kepadatan arus ngen meupeutahankan efisiensi faradaic yeng lambong (>80%) bak rentang potensial yeng luah (1,5-1,9 V vs. elektroda hidrogen reversibel). Studi eksperimental ngen teoritis meungkap dua peran kunci dari modifikasi V, termasok rekonstruksi katalis yeng dipeucepat ngen adsorpsi sikloheksanon yeng meuningkat. Seubagoe bukti konsep, kamoe meubangun rakitan membran-elektroda nyang meuhasekan asam adipat deungon efisiensi faradaik nyang tinggi (82%) ngon produktivitas (1536 μmol cm-2 j-1) bak kepadatan arus nyang relevan seucara industri (300 mA cm-2), seureuta meucapai stabilitas >50 j. Karya nyo menunjukkan katalis yeng efisien untuk elektrosintesis asam adipat deungen produktivitas ngen potensi industri yeng lambong.
Asam adipat (AA) nakeuh salah saboh asam dikarboksilat alifatik nyang that peunténg ngon nyang utama geungui lam produksi nilon 66 ngon poliamida atawa polimer la'én1. Seucara industri, AA disintesis deungon mengoksidasi campuran sikloheksanol ngon sikloheksanon (yaitu, minyeuk AA) deungon menggunakan asam nitrat 50-60 vol% seubagoe bahan oksidasi. Proses nyoe na masalah lingkungan nyang meukaet ngon emisi asam nitrat ngon nitrogen oksida pekat (N2O ngon NOx) seubagoe gas rumoh kaca2,3. Meskipun H2O2 jeut dipakek seubagai agen oksidasi ijo alternatif, biaya jih yeng tinggi ngen kondisi sintesis yeng kreuh dipeuget sulet untuk diterapkan seucara praktis, ngen dipeurele metode yeng lubeh ekonomis ngen berkelanjot4,5,6.
Seulama dekade teurakhe, metode sintesis kimia ngen bahan bakar elektrokatalitik kalheh menarek perhatian yeng meningkat dari para ilmuwan kareuna keuntungan awak nyan dipakek energi terbarukan ngen beroperasi di yup kondisi ringan (miseu jih, suhu ruangan ngen tekanan ambien)7,8,9,10. Lam hai nyoe, pengembangan konversi elektrokatalitik minyeuk KA jeut keu AA that peunteng untuk meurumpok keuntungan di ateuh meunan cit untuk geupeugadeh penggunaan emisi asam nitrat ngon nitrogen oksida nyang diteumee lam produksi konvensional (Gambar 1a). Pekerjaan perintis dipeuget le Petrosyan et al., yeng melaporkan reaksi oksidasi elektrokatalitik sikloheksanon (COR; sikloheksanon atau sikloheksanol kalheh umum dipeulajari seubagai mewakili minyeuk KA) bak nikel oksihidroksida (NiOOH%) mode yielte A miyub cmra2d ngon kepadatan cm56). nyang meuteumé11,12. Seujak nyan, kemajuan signifikan kalheh dipeuget dalam pengembangan katalis berbasi nikel untuk meupeutingkat aktivitas COR. Meuse jih, katalis nikel hidroksida (Cu-Ni(OH)2) yeng didoping teumaga disintesis untuk mempromosikan pembelahan Cα-Cβ dalam sikloheksanol13. Baroe-baroe nyo kamoe meulaporkan katalis Ni(OH)2 yeng dimodifikasi deungen natrium dodesil sulfonat (SDS) untuk meuciptakan lingkungan mikro hidrofobik yeng meupeukaya sikloheksanon14.
a Tantangan produksi AA deungon cara elektrooksidasi minyeuk KA. b Peubandeng COR elektrokatalitik dari katalis berbasis Ni yeng dilaporkan sigolom jih ngen katalis tanyo dalam sistem lhee elektroda ngen sistem baterai aliran11,13,14,16,26. Informasi rinci teuntang parameter reaksi ngon kinerja reaksi geubri lam Tabel Tambahan 1 ngon 2. c Kinerja katalitik katalis NiV-LDH-NS kamoe keu COR lam reaktor sel H ngon MEA, nyang beroperasi bak rentang potensi nyang luah.
Meskipun metode di ateuh meuningkatkan aktivitas COR, katalis berbasis Ni yeng dijeulahkan meutunyok efisiensi AA Faraday (FE) yeng lambong (>80%) hanya bak potensi yeng relatif miyup, biasa jih di yup 1,6 V dibandengkan deungen elektroda hidrogen reversibel (RHE, disingkat VRHE). Deungon meunan, kepadatan arus parsial nyang dilaporkan (yaitu, kepadatan arus total dikalikan deungon FE) dari AA sabe di miyup 60 mA cm−2 (Gambar 1b dan Tabel Tambahan 1). Kepadatan arus yeng miyup jioh di yup persyaratan industri (>200 mA cm-2)15, yeng seucara signifikan meuhambat teknologi elektrokatalitik untuk sintesis AA throughput lambong (Gambar 1a; ateuh). Untuk meupeutingkat kepadatan arus, potensi yeng lubeh positif (untuk sistem lhee elektroda) atau teugangan sel yeng lubeh lambong (untuk sistem dua elektroda) jeut diterapkan, yeng merupakan pendekatan sederhana untuk le transformasi elektrokatalitik, terutama reaksi evolusi oksigen (OER). Namun, untuk COR bak potensi anodik nyang tinggi, OER jeut keu pesaing utama lam mengurangi FE AA, sampoe mengurangi efisiensi energi (Gambar 1a; miyup). Miseu jih, meunyo ta kalon lom kemajuan seugolom jih (Gambar 1b dan Tabel Tambahan 1), kamoe kecewa watee ta teume bahwa FE AA bak Ni (OH) 2 nyang dimodifikasi SDS menurun dari 93% jeut keu 76% deungon meningkatkan potensi nyang diterapkan dari 1,5 VRHE jeut keu 1,7 VRAAHE dari 1,7 bak VRAA4. CuxNi1-x(OH)2/CF meunuron dari 93% jeut keu 69% deungon meutamah potensi dari 1,52 VRHE jeut keu 1,62 VRHE16. Deungon lagee nyan, kepadatan arus parsial AA nyang dilaporkan hana meutamah proporsional bak potensi nyang leubeh manyang, nyang sebagian rayeuk membatasi peningkatan kinerja AA, bek ta peugah le konsumsi energi nyang tinggi kareuna FE AA nyang rendah. Seulaen katalis berbasi nikel, katalis berbasi kobalt cit kalheh dipeudeh aktivitas katalitik di COR17,18,19. Namun, efisiensi awak nyan meutren bak potensi yeng lubeh lambong, ngen dibandengkan deungen katalis berbasi Ni, awak nyan na lubeh le keterbatasan potensial dalam aplikasi industri, lage fluktuasi hareuga yeng lubeh rayek ngen persediaan yeng lubeh ubit. Oleh kareuna nyan, leubeh get untuk dikembangkan katalis berbasis Ni deungen kepadatan arus yeng lambong ngen FE di COR untuk dipeuget praktis untuk meucapai hase AA yeng lambong.
Dalam karya nyo, kamoe meulaporkan nanolembar hidroksida ganda berlapis nikel yeng dimodifikasi vanadium (V) (NiV-LDH-NS) seubagai elektrokatalis yeng efisien untuk produksi AA melalui COR, yeng beroperasi bak rentang potensi yeng luah deungen OER yeng ditekan seucara signifikan, mencapai FE yeng lambong ngen kepadatan membran arus HME1; b). Kamoe phon that meutunyok bahwa efisiensi oksidasi asetilena ateuh katalis nanosheet Ni(OH)2 khas (Ni(OH)2-NS) meunuron, lage yeng diharapkan, bak potensi yeng lubeh lambong, dari 80% bak 1,5 VRHE sampoe 42% bak 1,9 VRHE. Seubalek jih, lheuh memodifikasi Ni(OH)2 deungon V, NiV-LDH-NS menunjukkan kepadatan arus nyang leubeh tinggi bak potensi terteunte ngon, nyang leubeh peunteng, meupeutheun FE nyang tinggi bak rentang potensi nyang luah. Miseu jih, bak 1,9 VRHE, nyan jipeutunyok kepadatan arus 170 mA cm−2 ngon FE 83%, nyang merupakan katalis nyang leubeh menguntongkan keu COR lam sistem lhee elektroda (Gambar 1c ngon Tabel Tambahan 1). Data eksperimental ngon teoritis geutunyok bahwa modifikasi V geupeudjak kinetika reduksi dari Ni(OH)2 keu oksihidroksida Ni bervalen tinggi (Ni3+xOOH1-x), nyang berfungsi seubagoe fase aktif keu COR. Leubeh nibak nyan, modifikasi V meuningkatkan adsorpsi sikloheksanon bak wateh katalis, yeng meumeen peran kunci dalam menekan OER bak potensi anodik yeng lambong. Untuk meutunyok potensi NiV-LDH-NS dalam skenario yeng lubeh realistis, kamoe meurancang reaktor aliran MEA ngen meutunyok FE AA (82%) bak kepadatan arus yeng relevan seucara industri (300 mA cm-2), yeng seucara signifikan lubeh lambong dari hase kamoe sigolom jih dalam reaktor aliran membran ngon Tabel Supp1 (Gambar 2). Hase AA yeng seusuai (1536 μmol cm-2 h-1) bahkan lubeh lambong dari yeng dipeutumeng deungen dipakek proses katalitik termal (<30 mmol gkatalis-1 h-1)4. Seulaen nyan, katalis dipeudeh stabilitas yeng get wate dipakek MEA, dipeutahankan FE >80% AA seulama 60 j bak 200 mA cm-2 ngen FE >70% AA seulama 58 j bak 300 mA cm-2. Akhe jih, studi kelayakan awai (FEA) dipeudeuh efektivitas biaya strategi elektrokatalitik untuk produksi AA.
Meunurot literatur seugolom jih, Ni(OH)2 nakeuh katalis khas nyang geupeuleumah aktivitas nyang jroh keu COR, sampoe Ni(OH)2-NS13,14 disintesis keu phon that rot metode kopresipitasi. Sampel dipeudeh struktur β-Ni(OH)2, yeng dikonfirmasi le difraksi sinar-X (XRD; Gambar 2a), ngen lembaran nano ultra-tipih (teubai: 2-3 nm, ukuran lateral: 20-50 nm) diamati le mikroskopi elektron atom transmisi resolusi lambong ngen supplement mikroskop (HR1M Gambar. (AFM) ukuran (Gambar Tambahan 2). Agregasi lembaran nano cit diamati kareuna sifet ultra-tipeh jih.
saboh pola difraksi sinar-X Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS. FE, laluan, ngon kepadatan arus AA bak b Ni (OH) 2-NS ngon c NiV-LDH-NS bak potensi nyang meubeda. Palang keusalahan meuwakili standar deviasi dari lhee pengukuran independen meupakek katalis yeng sama. d Gambar HRTEM dari NV-LDH-N. Batang skala: 20 nm. Gambar HAADF-STEM NiV-LDH-NS ngon peta unsur nyang sesuai nyang geupeuleumah distribusi Ni (hijo), V (kuneng), ngon O (biru). Batang skala: 100 nm. f Ni 2p3/2, g O 1 s, dan h V 2p3/2 Data XPS Ni(OH)2-NS (ateuh) dan NiV-LDH-NS (miyueb). i FE ngon j nakeuh kinerja AA bak dua boh katalis seulama 7 siklus. Palang keusalahan meuwakili standar deviasi dari lhee pengukuran independen meupakek katalis yeng sama ngen na dalam 10%. Data mentah untuk a–c ngen f–j diseudiakan dalam file data mentah.
Kamoe lheuh nyan meuevaluasi efek Ni(OH)2-NS ateuh COR. Deungon geungui elektrolisis potensi konstan, kamoe meuteumee 80% FE AA bak potensi miyub (1,5 VRHE) hana OER (Gambar 2b), nyan menunjukkan bahwa COR secara energik leubeh menguntungkan daripada OER bak potensi anodik miyub. Produk sampingan utama nyang diteumee nakeuh asam glutarat (GA) deungon FE 3%. Na jumlah jeujak asam suksinat (SA), asam malonat (MA), ngon asam oksalat (OA) cit geu uko ngon HPLC (kalon Gambar Tambahan 3 keu distribusi produk). Hana asam formik nyang dideteksi lam produk, nyang menunjukkan bahwa karbonat jeut terbentuk seubagoe produk sampingan C1. Untuk menguji hipotesis nyo, elektrolit dari elektrolisis leungkap sikloheksanon 0,4 M diasamkan ngen produk gas dilewatkan melalui larutan Ca(OH)2. Akibat jih, larutan jeut keruh, mengkonfirmasi pembentukan karbonat lheh elektrolisis. Namun, kareuna total listrek nyang dihasekan seulama proses elektrolisis nyang rendah (Gambar 2b, c), konsentrasi karbonat rendah dan payah diuko. Seulaén nibak nyan, mungkén cit teubeuntuk produk C2-C5 la'én, tapi jumlah jih hana jeuët ta uko. Meskipun jumlah total produk payah diuko, 90% dari total setara elektrokimia menunjukkan bahwa sebagian rayek proses elektrokimia kalheh diidentifikasi, yeng dijok dasar untuk pemahaman mekanistik tanyo. Kareuna kepadatan arus yeng miyup (20 mA cm-2), hase AA adalah 97 μmol cm-2 h-1 (Gambar 2b), seutara deungen 19 mmol h-1 g-1 meudasaikan pemuatan massa katalis (5 mg cm-2), yeng lubeh miyup dari katalis produktivitas termal g-1 m-1). Bak watee potensi nyang diterapkan meuningkat dari 1,5 jeut keu 1,9 VRHE, meskipun kepadatan arus keseluruhan meuningkat (dari 20 jeut keu 114 mA cm−2), bak watee nyang saban na penurunan signifikan lam AA FE, dari 80% jeut keu 42%. Penurunan FE bak potensi nyang leubeh positif terutama diseubabkan le persaingan untuk OER. Khusus jih bak 1,7 VRHE, persaingan OER nyan menyebabkan penurunan AA FE nyang signifikan, sehingga bacut mengurangi kinerja AA deungon meningkatkan kepadatan arus keseluruhan. Deungon demikian, meskipun kepadatan arus parsial AA meuningkat dari 16 sampoe 48 mA cm-2 ngon produktivitas AA meuningkat (dari 97 sampoe 298 μmol cm-2 h-1), sejumlah rayeuk energi tambahan nyang dikonsumsi (2,5 W h gAA-1 leubeh dari 1,5 sampoe 1,9 emisi karbon dalam gHE. gAA−1 (detail perhitungan dijok dalam Catatan Tambahan 1). OER nyang dicatat seugolom jih seubagoe pesaing reaksi COR bak potensi anodik nyang tinggi konsisten deungon laporan seugolom jih ngon mewakili tantangan umum untok meningkatkan produktivitas AA14,17.
Untuk meukembangkan katalis COR berbasis Ni(OH)2-NS yeng lubeh efisien, phon that kamoe menganalisis fase aktif. Kamoe meu-amati puncak bak 473 cm-1 ngon 553 cm-1 lam hase spektroskopi Raman in situ kamoe (Gambar Tambahan 4), nyang sesuai ngon bengkok ngon peregangan ikatan Ni3+-O lam NiOOH, maseng-maseng. Kaleuh didokumentasikan bahwa NiOOH adalah hase dari reduksi Ni(OH)2 ngen akumulasi Ni(OH)O bak potensi anodik, ngen bak dasar jih merupakan fase aktif dalam oksidasi elektrokatalitik20,21. Kareuna nyan, kamoe meuharapkan bahwa mempercepat proses rekonstruksi fase Ni(OH)2 jeut keu NiOOH jeut meningkatkan aktivitas katalitik COR.
Kamoe meucuba meumodifikasi Ni(OH)2 deungon logam nyang beda kareuna diamati bahwa modifikasi heteroatom mempromosikan rekonstruksi fase lam oksida/hidroksida logam transisi22,23,24. Sampel disintesis ngen ko-deposisi Ni ngen prekursor logam keudua. Di antara sampel nyang dimodifikasi logam nyang beda, sampel nyang dimodifikasi V (rasio atom V:Ni 1:8) (nyang disebut NiV-LDH-NS) menunjukkan kepadatan arus nyang leubeh tinggi di COR (Gambar Tambahan 5) dan nyang leubeh peunteng, AA FE nyang tinggi di ateuh jendela potensial nyang luah. Seucara khusus, bak potensi miyup (1,5 VRHE), kepadatan arus NiV-LDH-NS 1,9 kali lubeh lambong dari Ni(OH)2-NS (39 vs 20 mA cm-2), ngen AA FE sebandeng bak keudua katalis (83% vs 80%). Kareuna kepadatan arus nyang leubeh manyang ngon FE AA nyang saban, produktivitas NiV-LDH-NS 2,1 kali leubeh manyang nibak Ni(OH)2-NS (204 vs. 97 μmol cm−2 h−1), nyang menunjukkan efek promosi modifikasi V bak kepadatan arus bak potensi nyang miyub (Gambar 2).
Deungon meutamah potensi nyang diterapkan (misal jih, 1,9 VRHE), kepadatan arus bak NiV-LDH-NS 1,5 kali leubeh manyang nibak Ni(OH)2-NS (170 vs 114 mA cm−2), ngon peningkatan nyan saban ngon potensi nyang leubeh miyub (1,9 kali leubeh manyang). Khusus jih, NiV-LDH-NS meupeutahankan AA FE yeng lambong (83%) ngen OER seucara signifikan ditekan (O2 FE 4%; Gambar 2c), meulampaui Ni(OH)2-NS ngen katalis yeng dilaporkan seugolom jih deungen AA FE yeng jioh lubeh miyup bak potensi anodik yeng lambong (Tabel Tambahan 1). Kareuna FE AA nyang tinggi lam jeundela potensial nyang luah (1,5-1,9 VRHE), tingkat pembangkitan AA 867 μmol cm-2 h-1 (setara deungon 174,3 mmol g-1 h-1) dicapai bak 1,9 VRHE, menunjukkan hase keureuja nyang menguntongkan lam elektroka. dinormalisasi deungon jumlah beban massa sampel NiV-LDH-NS (Gambar Tambahan 6).
Untuk meuphom kepadatan arus nyang tinggi ngon FE nyang tinggi bak rentang potensi nyang luah lheuh memodifikasi Ni(OH)2 ngon V, kamoe meucirikan struktur NiV-LDH-NS. Hase XRD geupeuleumah bahwa modifikasi ngon V nyan jipeuseubab transisi fase dari β-Ni(OH)2 keu α-Ni(OH)2, ngon hana spesies kristal nyang meuhubongan ngon V nyang jiteumee (Gbr. 2a). Hase HRTEM meutunyok bahwa NiV-LDH-NS meuwarisi morfologi nanolembaran Ni(OH)2-NS ultratipih ngen na dimensi lateral yeng sama (Gambar 2d). Pengukuran AFM meungkapkan kecenderungan agregasi yeng kuat dari lembaran nano, meuhasekan ketebalan yeng jeut diuko kira-kira 7 nm (Gambar Tambahan 7), yeng lubeh rayek dari Ni(OH)2-NS (teubai: 2-3 nm). Analisis pemetaan spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) (Gambar 2e) meutunyok bahwa elemen V ngen Ni terdistribusi deungen get dalam lembaran nano. Untuk menjelaskan struktur elektronik V ngen efek jih bak Ni, kamoe meupakek spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (Gambar 2f-h). Ni(OH)2-NS geupeuleumah puncak orbit putaran karakteristik Ni2+ (puncak inong bak 855,6 eV, puncak satelit bak 861,1 eV, Gambar 2f)25. Spektrum O 1 s XPS Ni(OH)2-NS jeuet tabagi jeuet keu lhee boh puncak, di antara jih puncak bak 529,9, 530,9 ngon 532,8 eV dikaitkan ngon oksigen kisi (OL), gugus hidroksil (Ni-OH) ngon oksigen nyang diserap bak cacat permukaanA), (O 2g)26,27,28,29. Lheueh modifikasi ngon V, puncak V 2p3/2 deuh, nyang jeuet geuurai jeuet keu lhee boh puncak nyang na bak 517,1 eV (V5+), 516,6 eV (V4+) ngon 515,8 eV (V3+), maseng-maseng, nyan geupeutunyok bahwa spesies V lam keuadaan struktur tinggi terutama na bak (Gambar 2h)25,30,31. Seulaen nyan, puncak Ni 2p bak 855,4 eV di NiV-LDH-NS meugese negatif (kira-kira 0,2 eV) dibandengkan deungon Ni(OH)2-NS, nyan menunjukkan bahwa elektron dipinah dari V keu Ni. Keadaan valensi Ni yeng relatif miyup yeng diamati lheh modifikasi V konsisten deungen hase spektroskopi tepi to absorpsi sinar-X Ni K-edge (XANES) (eu bagian "Modifikasi V Mempromosikan Reduksi Katalis" di yup untuk lubeh jeulah). NiV-LDH-NS lheuh perlakuan COR seulama 1 j geutunyok seubagoe NiV-LDH-POST dan geucirikan sepenuh jih ngon geupake mikroskopi elektron transmisi, pemetaan EDS, difraksi sinar-X, spektroskopi Raman, dan pengukuran XPS (Gambar Tambahan 8 dan 9). Katalis teutap seubagai agregat deungen morfologi nanosheet ultratipih (Gambar Tambahan 8a-c). Kristalinitas sampel meunuron ngon kandungan V meunuron kareuna pembilasan V ngon rekonstruksi katalis (Gambar Tambahan 8d-f). Spektrum XPS menunjukkan penurunan intensitas puncak V (Gambar Tambahan 9), nyang dikaitkan ngon pencucian V. Seulaen nyan, analisis spektrum O 1s (Gambar Tambahan 9d) ngon pengukuran resonansi paramagnetik elektron Su (EPR) (Gambar Tambahan 10) geupeuleumah bahwa jumlah kekosongan oksigen bak NiV-LDH-NS meutamah lheuh 1 h energi elektrolisis, nyang mungken menyebabkan pergeseran bi Nipp negatif lam Gambar2p negatif. 9 ngon 10 keu leubeh jeulaih)26,27,32,33. Deungon lagee nyan, NiV-LDH-NS hana that deuh perubahan struktural lheuh 1 h COR.
Untuk meukonfirmasi peran peunteng V dalam mempromosikan COR, kamoe meusintesis katalis NiV-LDH deungen rasio atom V:Ni yeng meubeda (1:32, 1:16, ngen 1:4, maseng-maseng ditunyok seubagai NiV-32, NiV-16, ngen NiV-4) kecuali 1:8 deungen metode kopresipitasi yeng sama. Hase pemetaan EDS meutunyok bahwa rasio atom V:Ni dalam katalis toe deungen precursor (Gambar Tambahan 11a-e). Deungon meutamah modifikasi V, intensitas spektrum V 2p meutamah, ngon energi meuikat wilayah Ni 2p sabe meugantoe u sisi negatif (Gambar Tambahan 12). Bak watee nyan cit, proporsi OL bacut-bacut meutamah. Hase uji katalitik geupeuleumah bahwa OER jeuet geutekan seucara efektif bah pih lheuh modifikasi V minimal (rasio atom V:Ni 1:32), ngon O2 FE meunuron dari 27% jeut keu 11% bak 1,8 VRHE lheuh modifikasi V (Gambar Tambahan 11f). Deungon meuningkat jih rasio V:Ni dari 1:32 jeut keu 1:8, aktivitas katalitik meuningkat. Namun, deungon meutamah lom modifikasi V (rasio V:Ni 1:4), kepadatan arus meunuron, nyang kamoe spekulasikan diseubabkan le meunuron kepadatan situs aktif Ni (khusus jih fase aktif NiOOH; Gambar Tambahan 11f). Kareuna efek promosi modifikasi V ngon pelestarian situs aktif Ni, katalis deungon rasio V:Ni 1:8 jipeutunyok kinerja FE ngon AA nyang paleng manyang lam tes penyaringan rasio V:Ni. Untuk meuklarifikasi peu rasio V:Ni teutap konstan lheh elektrolisis, komposisi katalis yeng dipakek dicirikan. Hase jih geupeuleumah bahwa keu katalis deungon rasio V:Ni awai dari 1:16 sampoe 1:4, rasio V:Ni meunuron jeuet keu kira-kira 1:22 lheuh reaksi, nyang mungken kareuna pembilasan V kareuna rekonstruksi katalis (Gambar Tambahan 13). Perhatikan bahwa AA FE yeng sebandeng diamati wate rasio V:Ni awai sama atau lubeh lambong dari 1:16 (Gambar Tambahan 11f), yeng jeut dijeulahkan le rekonstruksi katalis yeng meuhasekan rasio V:Ni yeng sebandeng dalam katalis yeng meutunyok kinerja katalitik yeng sebandeng.
Untuk leubeh lanjot geupeukong peunteng jih Ni(OH)2 nyang ka geumodifikasi V lam geupeugot kinerja COR, kamoe meukembangkan dua boh metode sintetis laen untuk geupeutamong V lam bahan Ni(OH)2-NS. Salah saboh jih nakeuh cara meucampur, dan sampel nyan geukheun NiV-MIX; nyang la'én nakeuh cara sputtering meuurot, ngon sampel nyan geukheun ngon NiV-SP. Detail sintesis nyan geubri bak bagian Metode. Pemetaan SEM-EDS menunjukkan bahwa V berhasil dimodifikasi bak permukaan Ni(OH)2-NS dari kedua sampel (Gambar Tambahan 14). Hasé elektrolisis geupeuleumah bahwa bak 1,8 VRHE, efisiensi AA bak elektroda NiV-MIX ngon NiV-SP nakeuh 78% ngon 79%, bandua nyan geupeuleumah efisiensi nyang leubeh manyang nibak Ni(OH)2-NS (51%). Leubèh nibak nyan, OER bak elektroda NiV-MIX ngon NiV-SP jiteugon (FE O2: 7% ngon 2%, maseng-maseng) dibandengkan ngon Ni (OH) 2-NS (FE O2: 27%). Hase nyoe meukonfirmasi efek positif modifikasi V lam Ni(OH)2 ateuh penindasan OER (Gambar Tambahan 14). Namun, stabilitas katalis terkompromi, yeng dicerminkan oleh penurunan FE AA bak NiV-MIX jeut 45% ngen bak NiV-SP jeut 35% lheh tujoh siklus COR, yeng menyiratkan kebutuhan untuk mengadopsi metode yeng tepat untuk menstabilkan spesies V, lage modifikasi Nittice- NiOH-LD V di katalis kunci lam buet nyoe.
Kamoe pih meu-evaluasi stabilitas Ni (OH) 2-NS ngon NiV-LDH-NS deungon cara meu-ulang COR keu padum-padum boh siklus. Reaksi nyan geupeugot seulama 1 j per siklus dan elektrolit geugantoe lheuh tiep siklus. Lheueh siklus keu-7, kinerja FE ngon AA bak Ni(OH)2-NS meunuron 50% ngon 60%, seudangkan na peningkatan OER nyang diamati (Gbr. 2i, j). Lheueh tiep siklus, kamoe meuanalisis kurva voltammetri siklik (CV) katalis ngon meuamati bahwa puncak oksidasi Ni2+ meutahap meunuron, nyang menunjukkan meunuron kemampuan redoks Ni (Gambar Tambahan 15a-c). Seureuta deungon peningkatan konsentrasi kation Ni lam elektrolit seulama elektrolisis (Gambar Tambahan 15d), kamoe meuhubongkan degradasi kinerja (produktivitas FE ngon AA meunuron) ngon pencucian Ni dari katalis, nyang meuhasekan paparan substrat berbusa Ni nyang leubeh rayeuk nyang geupeuleumah aktivitas OER. Seubalek jih, NiV-LDH-NS geupeulambat penurunan produktivitas FE ngon AA sampoe 10% (Gbr. 2i, j), nyan menunjukkan bahwa modifikasi V secara efektif menghambat pencucian Ni (Gbr. Tambahan 15d). Keu meuphom stabilitas nyang meutamah dari modifikasi V, kamoe peugot perhitungan teoritis. Meunurot literatur sigolom jih34,35, perubahan entalpi proses demetalisasi atom logam bak wateh aktif katalis jeut dipakek seubagai deskriptor yeng itamong lam akai untuk meuevaluasi stabilitas katalis. Kareuna nyan, perubahan entalpi proses demetalisasi atom Ni bak (100) permukaan Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS (NiOOH ngon NiVOOH, maseng-maseng) nyang ka direkonstruksi (maseng-maseng) geukira (rincian konstruksi model geugamba lam Tambahan Gambar.2). Proses demetalisasi Ni dari NiOOH dan NiVOOH geugambarkan (Gambar Tambahan 17). Biaya energi demetalisasi Ni bak NiVOOH (0,0325 eV) leubeh manyang nibak bak NiOOH (0,0005 eV), nyan menunjukkan bahwa modifikasi V meningkatkan stabilitas NiOOH.
Untuk geukonfirmasi efek penghambat OER bak NiV-LDH-NS, terutama bak potensi anodik nyang tinggi, spektrometri massa elektrokimia diferensial (DEMS) dipeuget untuk geuselidiki pembentukan O2 nyang meugantung bak potensi bak sampel nyang berbeda. Hase jih geupeuleumah bahwa meunyo hana sikloheksanon, O2 bak NiV-LDH-NS deuh bak potensi awai 1,53 VRHE, nyang leubeh miyup bacut nibak O2 bak Ni(OH)2-NS (1,62 VRHE) (Gambar Tambahan 18). Hase nyoe menunjukkan bahwa penghambatan OER NiV-LDH-NS selama COR mungken hana disebabkan oleh aktivitas OER intrinsiknya yang rendah, yang konsisten dengan kepadatan arus yang lebih tinggi bacut dalam kurva voltammetri sapuan linier (LSV) pada NiV-LDH-NS daripada pada Ni (OH) 2-NS tanpa). Kaleuh geupeuturi sikloheksanon, evolusi O2 nyang tertunda (mungken keureuna keuntungan termodinamis COR) menjeulahkan FE AA nyang tinggi di wilayah potensial nyang miyub. Leubeh peunteng lom, potensi mulai OER bak NiV-LDH-NS (1,73 VRHE) leubeh tertunda nibak Ni (OH) 2-NS (1,65 VRHE), nyang konsisten ngon FE AA nyang tinggi ngon FE O2 nyang rendah bak NiV-LDH-NS bak potensi nyang leubeh positif (Gambar 2).
Untuk leubeh meuphom efek promosi modifikasi V, kamoe menganalisis kinetika reaksi OER ngon COR bak Ni (OH) 2-NS ngon NiV-LDH-NS deungon meu uko kemiringan Tafel awak nyan. Peureulèë tapeu ingat bahwa kepadatan arus di wilayah Tafel nakeuh kareuna oksidasi Ni2+ jeuët keu Ni3+ watèë tes LSV dari potensi miyuëb jeuët keu potensi tinggi. Untuk mengurangi efek oksidasi Ni2+ bak pengukuran kemiringan COR Tafel, phon that kamoe meuoksidasi katalis bak 1,8 VRHE seulama 10 min dan lheuh nyan kamoe peugot tes LSV lam mode reverse scan, yaitu, dari potensi tinggi keu potensi rendah (Gambar Tambahan 20). Kurva LSV asli dipeubeutoi deungon kompensasi iR 100% untuk meuteumee kemiringan Tafel. Deungon hana sikloheksanon, kemiringan Tafel NiV-LDH-NS (41,6 mV dec-1) leubeh miyub nibak Ni (OH) 2-NS (65,5 mV dec-1), nyan menunjukkan bahwa kinetika OER jeut ditingkatkan deungon modifikasi V (Gambar Tambahan 20c). Lheueh geupeuturi sikloheksanon, kemiringan Tafel NiV-LDH-NS (37,3 mV dec-1) leubeh miyub nibak Ni(OH)2-NS (127,4 mV dec-1), nyan menunjukkan bahwa modifikasi V na efek kinetik nyang leubeh jeulaih bak COR dibandengkan deungon OER Tambahan (Gambar20d). Hase nyoe menunjukkan bahwa meskipun modifikasi V mempromosikan OER sampoe bataih terteunte, secara signifikan mempercepat kinetika COR, nyang menghasekan peningkatan FE dari AA.
Untuk meuphom efek promosi dari modifikasi V di ateuh ateuh kinerja FE ngon AA, kamoe fokus bak studi mekanisme. Padim boh laporan sigolom jih kalheh meutunyok bahwa modifikasi heteroatom jeut meupeukureng kristalinitas katalis ngen meupeutingkat luah wateh aktif elektrokimia (EAS), deungen demikian meupeutingkat jumlah situs aktif ngen deungen demikian meuningkatkan aktivitas katalitik36,37. Untuk menyelidiki kemungkenan nyoe, kamoe meulakukan pengukuran ECSA seugolom dan lheuh aktivasi elektrokimia, dan hasee jih menunjukkan bahwa ECSA Ni (OH) 2-NS dan NiV-LDH-NS sebandeng (Gambar Tambahan 21), hana termasuk pengaroh kepadatan situs aktif lheuh modifikasi V bak enhance katalitik.
Menurot pengetahuan yeng diterimeng seucara umum, dalam elektrooksidasi alkohol atau substrat nukleofilik laen jih yeng dikatalisis Ni(OH)2, Ni(OH)2 phon gadeh elektron ngen proton ludoe dipeukureng jeut NiOOH melalui langkah-langkah elektrokimia bak potensi anodik terteunte38,39,40,4. NiOOH nyang terbentok kemudian bertindak seubagoe spesies COR nyang aktif nyata untok mengabstraksi hidrogen ngon elektron dari substrat nukleofilik melalui langkah-langkah kimia untok membentok produk nyang teroksidasi. Namun, baroe-baroe nyoe ka dilaporkan bahwa meskipun reduksi keu NiOOH jeuet berfungsi seubagoe langkah penentu laju (RDS) keu elektrooksidasi alkohol bak Ni(OH)2, lagee nyang disarankan lam literatur baroe-baroe nyoe, oksidasi alkohol Ni3+ jeuet merupakan proses spontan melalui transfer elektron non-redoks, Ni42+ed nyang hana teuduek melalui Ni42+3. Terinspirasi dari studi mekanistik nyang dilaporkan lam literatur nyang saban, kamoe meupakek dimetilglioksim dinatrium garam oktahidrat (C4H6N2Na2O2 8H2O) seubagoe molekul probe untuk in situ menangkap pembentukan Ni2 + peu mantong nyang dihasekan dari reduksi Ni3 + seulama COR (Tambahan No2 dan Gambar Tambahan 3). Hasé jih geupeuleumah pembentukan Ni2+, nyang geupeusah bahwa reduksi kimia NiOOH ngon elektrooksidasi Ni(OH)2 teujadi simultan lam proses COR. Oleh kareuna nyan, aktivitas katalitik mungken seucara signifikan meugantung bak kinetika reduksi Ni(OH)2 keu NiOOH. Berdasarkan prinsip nyoe, kamoe selanjut jih menyelidiki peu modifikasi V akan mempercepat reduksi Ni (OH) 2 dan deungön demikian meningkatkan COR.
Kamoe phon that meungui teknik Raman in situ keu meutunyok bahwa NiOOH nakeuh fase aktif keu COR bak Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS ngon cara meu-amati pembentukan NiOOH bak potensi positif ngon konsumsi jih selanjut jih lheuh geupeuturi sikloheksanon kimia" (meuikuti proses elektrokimia- 3a). Leubeh nibak nyan, reaktivitas NiV-LDH-NS nyang direkonstruksi meuleubeh nibak Ni(OH)2-NS, lagee dibuktikan deungon gadeh sinyal Raman Ni3+–O nyang dipeubagah. Kamoe lheuh nyan meutunyok bahwa NiV-LDH-NS geupeuleumah potensi nyang kureung positif keu pembentukan NiOOH dibandengkan Ni(OH)2-NS deungon na atawa hana sikloheksanon (Gambar 3b, c dan Gambar Tambahan 4c, d). Khusus jih, kinerja OER nyang superior dari NiV-LDH-NS meuhase leubeh le gelembung nyang meuleukat bak lensa ukeu objektif pengukuran Raman, nyang jeut keu seubab puncak Raman bak 1,55 VRHE gadeh (Gambar Tambahan 4d). Meunurot hasé DEMS (Gambar Tambahan 18), kepadatan arus bak potensial nyang miyub (VRHE < 1,58 keu Ni(OH)2-NS ngon VRHE < 1,53 keu NiV-LDH-NS) terutama diseubabkan lé rekonstruksi ion Ni2+ nibak OER noxane lam abs. Deungon lagee nyan, puncak oksidasi Ni2+ lam kurva LSV leubeh teuga nibak NiV-LDH-NS, nyan menunjukkan bahwa modifikasi V geubri NiV-LDH-NS deungon kemampuan remodeling nyang ditingkatkan (kalon Gambar Tambahan 19 untuk analisis rinci).
a Spektrum Raman in situ Ni(OH)2-NS (wi) ngon NiV-LDH-NS (uneun) lam kondisi OCP lheuh preoksidasi bak 1,5 VRHE lam KOH 0,5 M ngon sikloheksanon 0,4 M seulama 60 s. b Spektrum Raman di teumpat Ni(OH)2-NS ngon c NiV-LDH-NS lam KOH 0,5 M + sikloheksanon 0,4 M bak potensi nyang meubeda. d Spektrum XANES in situ Ni (OH) 2-NS dan NiV-LDH-NS di tepi K Ni dalam KOH 0,5 M dan e KOH 0,5 M dan sikloheksanon 0,4 M. Inset nyan jipeuleumah wilayah spektral nyang jipeurayeuk antara 8342 ngon 8446 eV. f Keadaan valensi Ni lam Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS bak potensi nyang meubeda. g Spektrum Ni EXAFS in situ dari NiV-LDH-NS seugolom ngon lheuh penyisipan sikloheksanon bak potensi nyang berbeda. h Model teoritis Ni(OH)2-NS dan NiV-LDH-NS. Ateuh: Bak Ni(OH)2-NS, remodeling nyang lambat dari Ni(OH)2-NS keu NiOOH bertindak seubagoe RDS, seudangkan sikloheksanon mengurangi spesies Ni bervalen tinggi melalui langkah-langkah kimia untok mempertahankan keadaan Ni bervalen rendah untok menghasekan AA. Miyueb: Bak NiV-LDH-NS, langkah remodeling geufasilitasi le modifikasi V, nyang meuhase keu transfer RDS dari langkah remodeling keu langkah kimia. i Energi bebas Gibbs meu ubah watee rekonstruksi Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS. Data mentah keu aj ngon i ka geubri lam file data mentah.
Untuk menyelidiki evolusi struktur atom ngen elektronik seulama reduksi katalis, kamoe meupeuget eksperimen spektroskopi absorpsi sinar-X in situ (XAS), yeng meusediakan alat yeng kuat untuk menyelidiki dinamika spesies Ni dalam lhee langkah meuturot: OER, injeksi sikloheksanon, ngen COR bak sirkuit potensialOCP teubuka). Gambar nyan geutunyok spektrum XANES K-edge Ni deungon potensi nyang meutamah sigohlom ngon lheuh injeksi sikloheksanon (Gambar 3d, e). Bak potensi nyang saban, energi binèh seurapan NiV-LDH-NS signifikan leubeh positif nibak Ni (OH) 2-NS (Gambar 3d, e, sisipan). Rata-rata valensi Ni di miyup tiep kondisi diperkirakan le pas gabungan linier dari spektrum XANES ngon regresi pergeseran energi absorpsi Ni K-edge (Gambar 3f), deungon spektrum referensi nyang dicok dari literatur nyang diterbitkan (Gambar Tambahan 23)43.
Lam langkah phon (sigolom geupeuturi sikloheksanon, nyang sesuai deungon proses OER; Gambar 3f, wi), bak potensi katalis nyang hana direkonstruksi (<1,3 VRHE), keadaan valensi Ni lam NiV-LDH-NS (+1,83) jeuet bacut leubeh miyub nibak Ni(OH+)2 dikontribusikan bak Ni(7+)2. transfer elektron dari V keu Ni, konsisten ngon hase XPS nyang ka geuseubot di ateuh (Gambar 2f). Bak watee potensial leubeh nibak titik reduksi (1,5 VRHE), keadaan valensi Ni lam NiV-LDH-NS (+3,28) geupeuleumah peningkatan nyang leubeh jeulaih dibandengkan ngon Ni(OH)2-NS (+2,49). Bak potensi nyang leubeh manyang (1,8 VRHE), keuadaan valensi partikel Ni nyang jiteumee bak NiV-LDH-NS (+3,64) leubeh manyang nibak Ni(OH)2-NS (+3,47). Meunurot laporan baroe-baroe nyoe, proses nyoe seusuai deungon pembentukan spesies Ni4+ bervalen tinggi lam struktur Ni3+xOOH1-x (Ni3+x nakeuh spesies campuran Ni3+ ngon Ni4+), nyang seugolom jih kaleuh menunjukkan peningkatan aktivitas katalitik lam dehidrogenasi alkohol38,39,44. Oleh kareuna nyan, hase keureuja superior NiV-LDH-NS di COR mungken diseubabkan le reduksibilitas nyang ditingkatkan untuk membentuk spesies Ni bervalen tinggi nyang aktif seucara katalitik.
Lam langkah keudua (peuturi sikloheksanon lheuh pembukaan encin, Gambar 3f), keadaan valensi Ni bak kedua katalis menuron seucara signifikan, nyang sesuai deungon proses reduksi Ni3+xOOH1-x le sikloheksanon, nyang konsisten deungon hase in situ valensi Raman re the spektroskopi al3 dari (Gambar 3f). keuadaan awai (langkah phon bak potensi rendah), nyang geutunyok keu reversibilitas proses redoks Ni keu Ni3+xOOH1-x.
Lam langkah keu lhee (proses COR) bak potensi COR (1,5 ngon 1,8 VRHE; Gambar 3f, uneun), keadaan valensi Ni lam Ni(OH)2-NS meutamah bacut sagai (+2,16 ngon +2,40), nyang signifikan leubeh miyub nibak bak potensi nyang saban bak langkah phon (+2,47 ngon +3,47). Hase nyoe menunjukkan bahwa lheuh injeksi sikloheksanon, COR secara kinetik dibatasi le oksidasi lambat Ni2+ keu Ni3+x (yaitu, rekonstruksi Ni) daripada le langkah kimia antara NiOOH ngon sikloheksanon bak Ni(OH)2-NS, nyang meninggalkan Ni lam keadaan valensi rendah. Deungon lagee nyan, kamoe menyimpulkan bahwa rekonstruksi Ni jeut berfungsi seubagoe RDS lam proses COR ateuh Ni(OH)2-NS. Seubalek jih, NiV-LDH-NS geupeutheun valensi spesies Ni nyang relatif tinggi (>3) seulama proses COR, ngon valensi jih menuron jioh leubeh kureung (kureung dari 0,2) dibandengkan deungon langkah phon bak potensi nyang sama (1,65 ngon 1,8 VRHE), nyang menunjukkan bahwa modifikasi V dari Ni+ maoksidasi Ni2 seucara kinetik mempromosikan proses maoksidasi Ni3. nibak langkah kimia reduksi sikloheksanon. Hase struktur halus absorpsi sinar-X nyang dipeuluwah (EXAFS) cit meugisa transformasi nyang leungkap dari ikatan Ni-O (dari 1,6 sampoe 1,4 Å) ngon Ni-Ni(V) (dari 2,8 sampoe 2,4 Å) deungon na sikloheksanon. Nyoe konsisten ngon rekonstruksi fase Ni(OH)2 keu fase NiOOH ngon reduksi kimia fase NiOOH le sikloheksanon (Gbr. 3g). Namun, sikloheksanon secara signifikan menghambat kinetika reduksi Ni (OH) 2-NS (kalon Catatan Tambahan 4 dan Gambar Tambahan 24 untuk leubeh jeulaih).
Seucara keseluruhan, bak Ni (OH) 2-NS (Gbr. 3h, ateuh), langkah reduksi lambat dari fase Ni (OH) 2 keu fase NiOOH jeut berfungsi seubagoe RDS dari keseluruhan proses COR daripada langkah kimia pembentukan AA dari sikloheksanon seulama reduksi kimia NiOOH. Bak NiV-LDH-NS (Gambar 3h, miyup), modifikasi V meuningkatkan kinetika oksidasi Ni2+ jeut keu Ni3+x, sampoe meupeucepat pembentukan NiVOOH (daripada konsumsi deungon reduksi kimia), nyang meugrak RDS keu langkah kimia. Untuk meuphom rekonstruksi Ni yeng diinduksi le modifikasi V, kamoe meupeuget perhitungan teoritis lubeh lanjot. Lagee nyang deuh bak Gbr 3h, kamoe meusimulasikan proses rekonstruksi Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS. Gugus hidroksil kisi bak Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS dideprotonasi deungon mengekstraksi OH- lam elektrolit untok membentok oksigen kisi nyang defisiensi elektron. Reaksi kimia nyang sesuai nakeuh lagee nyoe:
Perubahan energi bebas Gibbs dari rekonstruksi nyan dihitong (Gambar 3i), ngon NiV-LDH-NS (0,81 eV) jipeutunyok perubahan energi bebas Gibbs nyang jioh leubeh ubit nibak Ni(OH)2-NS (1,66 eV), jipeutunyok bahwa modifikasi V jipeukureueng teugangan nyang jipeureulee keu rekonstruksi Ni. Kamoe peucaya bahwa mempromosikan rekonstruksi jeut meupeutren hambatan energi mandum COR (eu studi mekanisme reaksi di yup untuk detail), deungon demikian meupeucepat reaksi bak kepadatan arus yeng lubeh lambong.
Analisis di ateuh menunjukkan bahwa modifikasi V menyebabkan penataan ulang fase Ni(OH)2 yang bagah, sehingga meningkatkan laju reaksi dan, pada gilirannya, kepadatan arus COR. Teuma, situs-situs Ni3+x pih jeuet keu promosi kegiatan OER. Dari kurva LSV hana sikloheksanon, ka deuh bahwa kepadatan arus NiV-LDH-NS leubeh manyang nibak Ni(OH)2-NS (Gambar Tambahan 19), nyang jeuet keu seubab reaksi COR ngon OER membentuk reaksi kompetitif. Kareuna nyan, FE AA nyang signifikan leubeh manyang nibak NiV-LDH-NS hana jeuet dipeujeulaih sepenuh jih le modifikasi V nyang mempromosikan penataan ulang fase.
Seucara umom diteurimong bahawa lam media alkali, reaksi elektrooksidasi substrat nukleofilik biasa jih meuikot model Langmuir-Hinshelwood (LH). Seucara kusuih, substrat ngen anion OH- diserap seucara kompetitif bak wateh katalis, ngen OH- yeng diserap dioksidasi jeut kelompok hidroksil aktif (OH*), yeng berfungsi seubagai elektrofil untuk oksidasi nukleofil, mekanisme yeng sigolom jih kaleuh ditunjukkan le data eksperimental. Deungen demikian, konsentrasi reaktan ngen rasio jih (substrat organik ngen OH-) jeut mengontrol tutupan reaktan wateh katalis, deungen demikian mempengaroh FE ngen hase produk target14,48,49,50. Lam kasus kamoe, kamoe meuhipotesis bahwa liputan permukaan sikloheksanon nyang tinggi lam NiV-LDH-NS mendukong proses COR, ngon seubalek jih, liputan permukaan sikloheksanon nyang miyub lam Ni(OH)2-NS mendukong proses OER.
Untuk geu uji hipotesis di ateuh, phon that kamoe peuget dua serangkaian eksperimen nyang meukaet ngon konsentrasi reaktan (C, sikloheksanon, ngon COH−). Percobaan phon dipeuget deungen elektrolisis bak potensi konstan (1,8 VRHE) bak katalis Ni(OH)2-NS ngen NiV-LDH-NS deungen kandungan sikloheksanon C yeng beda (0,05 ~ 0,45 M) ngen kandungan COH− teutap (0,5 M). Lheueh nyan, produktivitas FE ngon AA geuhitong. Untuk katalis NiV-LDH-NS, hubungan antara hase AA ngon sikloheksanon C menunjukkan kurva "tipe vulkanik" khas lam mode LH (Gambar 4a), menunjukkan bahwa liputan sikloheksanon nyang tinggi bersaeng deungon adsorpsi OH−. Seudangkan keu Ni(OH)2-NS, hase AA meuningkat seucara monoton deungon meuningkat C sikloheksanon dari 0,05 sampoe 0,45 M, nyan menunjukkan bahwa meskipun konsentrasi massal sikloheksanon tinggi (0,45 M), tutupan permukaan jih mantong relatif miyub. Seulaen nyan, deungon na peningkatan COH− jeut keu 1,5 M, kurva "tipe vulkanik" diamati bak Ni (OH) 2-NS tergantung bak C dari sikloheksanon, ngon titek infleksi kinerja tertunda dibandengkan deungon NiV-LDH-NS, leubeh lanjot membuktikan adsorpsi leumoh Nipplementari Ni(NS) Figu2OHne bak sikloheksano-2. 25a dan Catatan 5). Seulaen nyan, FE AA bak NiV-LDH-NS that sensitif keu C-sikloheksanon dan meutamah bagah jeut keu leubeh dari 80% watee C-sikloheksanon meutamah dari 0,05 M jeut keu 0,3 M, nyan menunjukkan bahwa sikloheksanon mudah dipeukaya bak NiV-LDH-LDH). Seubalek jih, peningkatan konsentrasi C-sikloheksanon hana seucara signifikan menghambat OER bak Ni(OH)2-NS, nyang mungken diseubabkan le adsorpsi sikloheksanon nyang hana mencukupi. Seubalek jih, investigasi leubeh lanjot teuntang ketergantungan COH- bak efisiensi katalitik cit mengkonfirmasi bahwa adsorpsi sikloheksanon meuningkat dibandengkan deungon NiV-LDH-NS, nyang jeuet bertoleransi COH- nyang leubeh manyang seulama proses COR tanpa menuronkan FE dari AA (Gambar Tambahan c5b).
Produktivitas AA ngon EF b Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS bak sikloheksanon ngon C nyang beda lam KOH 0,5 M. c Energi adsorpsi sikloheksanon bak NiOOH ngon NiVOOH. d FE AA bak Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS lam KOH 0,5 M ngon sikloheksanon 0,4 M bak 1,80 VRHE ngon geungui strategi potensial hana meusambong ngon konstan. Bar keusalahan mewakili standar deviasi dari lhee pengukuran independen nyang dipakek sampel nyang sama ngon na lam 10%. e Ateuh: Bak Ni(OH)2-NS, sikloheksanon deungon luah permukaan C nyang miyub leumoh diserap le sikloheksanon, nyang meuhasekan persaingan nyang teuga keu OER. Miyueb: Bak NiV-LDH-NS, konsentrasi luah permukaan sikloheksanon C nyang tinggi diamati deungon peningkatan adsorpsi sikloheksanon, nyang meuhasekan penekanan OER. Data mentah untuk a–d diseudiakan dalam file data mentah.
Untuk geu uji adsorpsi sikloheksanon nyang ditingkatkan bak NiV-LDH-NS, kamoe pakek mikrobalance kristal kuarsa nyang digabongkan elektrokimia (E-QCM) untuk memantau perubahan massa spesies nyang diserap lam watee nyata. Hase jih geupeuleumah bahwa kapasitas adsorpsi awai sikloheksanon bak NiV-LDH-NS 1,6 kali leubeh rayeuk nibak Ni(OH)2-NS lam keadaan OCP, dan perbedaan kapasitas adsorpsi nyoe leubeh meutamah seuireng potensi meutamah jeut keu 1,5 VRHE (Gambar Tambahan 26). Hitungan DFT nyang terpolarisasi spin dipeuget keu menyelidiki perilaku adsorpsi sikloheksanon bak NiOOH ngon NiVOOH (Gambar 4c). Sikloheksanon menyerap keu pusat Ni bak NiOOH deungon energi adsorpsi (Eads) -0,57 eV, seudangkan sikloheksanon jeuet menyerap keu pusat Ni atawa pusat V bak NiVOOH, di pat pusat V menyediakan pengamatan nyang jioh leubeh miyub (eV6). sikloheksanon bak NiVOOH.
Untuk meuverifikasi leubeh lanjot bahwa adsorpsi sikloheksanon nyang ditingkatkan jeut mempromosikan pembentukan AA ngon menghambat OER, kamoe meupakek strategi potensial nyang hana meusambong untuk meupeukaya sikloheksanon bak permukaan katalis (untuk Ni (OH) 2-NS ngon NiV-LDH-NS), nyang dilaporkan le previous. 51, 52 Seucara khusus, kamoe meuterapkan potensi 1,8 VRHE keu COR, lheuh nyan meugantoe keu keadaan OCP, lheuh nyan meugantoe keulai keu 1,8 VRHE. Dalam hai nyo, sikloheksanon jeut meutumpok bak wateh katalis dalam keuadaan OCP antara elektrolisis (eu bagian Metode untuk prosedur yeng rinci). Hase jih jipeutunyok bahwa keu Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS, ngon geungui elektrolisis potensial hana meusambong geupeugot kinerja katalitik leubeh get dibandengkan ngon elektrolisis potensial konstan (Gambar 4d). Khusus jih, Ni(OH)2-NS menunjokkan peningkatan nyang leubeh signifikan lam COR (AA FE: dari 51% sampoe 82%) ngon penekanan OER (O2 FE: dari 27% sampoe 4%) dibandeng NiV-LDH-NS, nyang dikaitkan deungon fakta bahwa akumulasi sikloheksanon nyang leubeh rayeuk jeuet kapasitas adsorpsi (yaitu, Ni(OH)2-NS) ngon elektrolisis potensial nyang meu-ulang-ulang.
Secara keseluruhan, penghambatan OER bak NiV-LDH-NS jeut dikaitkan ngon peningkatan adsorpsi sikloheksanon (Gambar 4e). Bak Ni(OH)2-NS (Gambar 4e, ateuh), adsorpsi leumoh sikloheksanon meuhasekan liputan sikloheksanon yeng relatif miyup ngen liputan OH* yeng relatif lambong bak wateh katalis. Kareuna nyan, kelebihan spesies OH* akan menyebabkan persaingan nyang brat untuk OER dan mengurangi FE AA. Seubalek jih, bak NiV-LDH-NS (Gambar 4e, miyueb), modifikasi V meningkatkan kapasitas adsorpsi sikloheksanon, sampoe meningkatkan permukaan C sikloheksanon ngon secara efektif memanfaatkan spesies OH* nyang diserap keu COR, mempromosikan pembentukan AA ngon menghambat.
Seulaen menyelidiki efek modifikasi V bak rekonstruksi spesies Ni ngon adsorpsi sikloheksanon, kamoe cit menyelidiki peu V merubah jalur pembentukan AA dari COR. Padum boh jalur COR nyang berbeda kaleuh diusulkan lam literatur, ngon kamoe menganalisis kemungkenan jih lam sistem reaksi kamoe (eu Gambar Tambahan 27 ngon Catatan Tambahan 6 keu leubeh jeulaih)13,14,26. Phon, kaleuh dilaporkan bahawa langkah phon dari jalur COR jeuet melibatkan oksidasi awai sikloheksanon untok membentuk perantara kunci 2-hidroksisikloheksanon (2)13,14. Untuk verifikasi proses, kamoe meupakek 5,5-dimetil-1-pirolidin N-oksida (DMPO) untuk meujeubak perantara aktif yeng diserap bak permukaan katalis ngen meurunoe EPR. Hase EPR meungkapkan na radikal berpusat C (R) ngon radikal hidroksil (OH) bak kedua katalis seulama proses COR, menunjokkan bahawa dehidrogenasi Cα − H dari sikloheksanon membentuk radikal enolat perantara (1), nyang kemudian dioksidasi leubeh lanjot le OH. 28). Meskipun perantara yeng sama diidentifikasi bak keudua katalis, fraksi luah sinyal R bak NiV-LDH-NS relatif lubeh lambong dari Ni(OH)2-NS, yeng mungken diseubabkan le kapasitas adsorpsi sikloheksanon yeng meuningkat (Tabel Tambahan 3 ngen Catatan 7). Kamoe leubeh lanjot meupakek 2 ngon 1,2-sikloheksanedion (3) seubagoe reaktan awai keu elektrolisis keu meutes peu V akan memodifikasi langkah oksidasi selanjut jih. Hase elektrolisis dari potensi perantara (2 ngon 3) bak Ni (OH) 2-NS ngon NiV-LDH-NS geupeuleumah selektifitas produk nyang sebandeng, geutunyok bahwa reaksi COR bak Ni (OH) 2-NS atawa NiV-LDH-NS meulanjot rot jalur nyang saban (Gambar 5b). Seulaen nyan, AA adalah produk utama hanya wate 2 dipakek seubagai reaktan, yeng menunjukkan bahwa AA dipeutumeng melalui proses oksidasi langsong melalui pembelahan ikatan Cα - Cβ dari 2 dibandeng oksidasi seulanjot jih keu 3 bak kedua katalis, kareuna terutama diubah jeut keu GA wate 3 digunakan. 30).
Sinyal EPR NiV-LDH-NS lam KOH 0,5 M + sikloheksanon 0,4 M. b Hase analisis elektrokatalitik 2-hidroksisikloheksanon (2) ngon 1,2-sikloheksanedion (3). Elektrolisis geupeugot lam 0,5 M KOH ngon 0,1 M 2 atawa 3 bak 1,8 VRE seulama sijeum. Palang keusalahan meuwakili standar deviasi dari dua pengukuran independen meupakek katalis yeng sama. c Jalur reaksi COR nyang geuusulkan bak dua boh katalis. d Gambaran skematis jalur COR bak Ni(OH)2-NS (wi) dan d NiV-LDH-NS (uneun). Panah mirah menunjukkan langkah-langkah nyang dipromosikan le modifikasi V lam proses COR. Data mentah keu a ngon b geubri lam file data mentah.
Seucara keseluruhan, kamoe menunjukkan bahwa Ni (OH) 2-NS ngon NiV-LDH-NS mengkatalisis COR melalui jalur nyang sama: sikloheksanon diserap bak permukaan katalis, didehidrogenasi ngon gadeh elektron untuk membentuk 1, nyang kemudian dioksidasi le OH * untuk membentuk transformasi multiGambar5AA). Namun, watee sikloheksanon dipakek seubagoe reaktan, persaingan OER hanya diamati bak Ni(OH)2-NS, seudangkan jumlah oksigen nyang paleng miyub dikumpoi watee 2 ngon 3 dipakek seubagoe reaktan. Deungon demikian, perbedaan nyang diamati lam hase keureuja katalitik mungken diseubabkan le perubahan hambatan energi RDS ngon kapasitas adsorpsi sikloheksanon nyang diseubabkan le modifikasi V nibak perubahan jalur reaksi. Oleh kareuna nyan kamoe menganalisis RDS dari jalur reaksi bak kedua katalis. Hase spektroskopi akustik sinar-X in situ nyang diseubot di ateuh menunjukkan bahwa modifikasi V menggeser RDS lam reaksi COR dari tahap rekonstruksi keu tahap kimia, menjaga fase NiOOH dan spesies Ni bervalen tinggi teutap utoh bak NiV-LDH-NS (Gbr. 3f, Gambar Tambahan No4 dan Gambar Tambahan No4). Kamoe leubeh lanjot meuanalisis proses reaksi nyang diwakili le kepadatan arus di tiep-tiep bagian dari wilayah potensial nyang berbeda seulama pengukuran CV (kalon Gambar Tambahan 31 dan Catatan 8 untuk detail) dan melakukan eksperimen pertukaran isotop kinetik H/D, nyang secara kolektif menunjukkan bahwa pada NiavaNSVcle dari C Ikatan Cα − H lam tahap kimia nibak tahap reduksi (eu Gambar Tambahan 32 ngon Catatan 8 keu leubeh jeulaih).
Berdasarkan analisis di ateuh, efek keseluruhan dari modifikasi V ditunjukkan pada Gambar 5d. Katalis Ni(OH)2-NS ngen NiV-LDH-NS mengalami rekonstruksi wateh bak potensi anodik yeng lambong ngen mengkatalisis COR melalui jalur yeng sama. Bak Ni(OH)2-NS (Gambar 5d, wie), langkah rekonstruksi nakeuh RDS lam proses COR; sedangkan bak NiV-LDH-NS (Gambar 5d, uneun), modifikasi V secara signifikan mempercepat proses rekonstruksi dan mengubah RDS jeut keu dehidrogenasi Cα-H sikloheksanon untuk membentuk 1. Selain nyan, adsorpsi sikloheksanon terjadi bak situs V dan berkontribusi bak su-LDHER, p-.
Meunyo tapeutimang kinerja elektrokatalitik NiV-LDH-NS nyang that get ngon FE nyang tinggi bak rentang potensi nyang luah, kamoe meurancang MEA keu meucapai produksi AA nyang sabe-sabe. MEA dipeuraket deungen dipakek NiV-LDH-NS seubagai anoda, PtRu/C komersial seubagai katoda53 ngen membran pertukaran anion (tipe: FAA-3-50) (Gambar 6a ngen Gambar Tambahan 33)54. Kareuna tegangan sel menurun dan FE AA sebandeng ngon 0,5 M KOH lam penelitian di ateuh, konsentrasi anolit dioptimalkan jeut keu 1 M KOH (Gambar Tambahan 25c). Kurva LSV nyang dicatat dipeuleumah bak Gambar Tambahan 34, nyang menunjukkan bahwa efisiensi COR NiV-LDH-NS signifikan leubeh tinggi dari Ni(OH)2-NS. Untuk meutunyok superioritas NiV-LDH-NS, elektrolisis arus konstan dipeuget deungen kepadatan arus langkah mulai dari 50 sampoe 500 mA cm-2 ngen teugangan sel yeng sesuai dicatat. Hase jih geupeuleumah bahwa NiV-LDH-NS geupeuleumah teugangan sel 1,76 V bak kepadatan arus 300 mA cm−2, nyang na kira-kira 16% leubeh miyup nibak Ni(OH)2-NS (2,09 V), nyang geupeuleumah efisiensi energi nyang leubeh manyang lam produksi AA (Gbr. 6b).
Diagram skematik baterai aliran. b Teugangan sel hana kompensasi iR bak Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS lam KOH 1 M ngon sikloheksanon 0,4 M bak kepadatan arus nyang berbeda. c AA ngon FE meuhase bak Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS bak kepadatan arus nyang meubeda. Palang keusalahan meuwakili standar deviasi dari dua pengukuran independen meupakek katalis yeng sama. d Peubandeng kinerja katalitik buet kamoe ngon sistem baterai aliran laen nyang dilaporkan14,17,19. Parameter reaksi ngon karakteristik reaksi geucetak seucara rinci lam Tabel Tambahan 2. e Teugangan sel ngon FE AA bak NiV-LDH-NS bak 200 ngon 300 mA cm−2 lam uji jangka panyang, maseng-maseng. Data mentah keu be geubri seubagoe file data mentah.
Seumentara nyan, lagee nyang deuh bak Gbr.6c, NiV-LDH-NS bak dasar jih geupeutheun FE nyang jroh (83% sampoe 61%) bak kepadatan arus nyang leubeh manyang (200 sampoe 500 mA cm-2), ngon lagee nyan geupeugot produktivitas AA (1031 sampoe 1900 μmol cm-2 h-1). Sementara nyan, hanya 0,8% anion asam adipat nyang diamati lam kompartemen katoda lheuh elektrolisis, nyan menunjukkan bahwa transisi sikloheksanon hana signifikan lam kasus kamoe (Gambar Tambahan 35). Seubalek jih, ngon laju peningkatan kepadatan arus nyang saban, FE AA bak Ni(OH)2-NS meunuron dari 61% jeut keu 34%, nyang jeut keu payah untuk meuningkatkan produktivitas AA (762 jeut keu 1050 μmol cm-2 h-1). Seucara khusus, kinerja AA bahkan bacut meunuron kareuna persaingan nyang teuga dari OER, ngon deungön lagee nyan FE AA meunuron that deungon meutamah kepadatan arus (dari 200 sampoe 250 mA cm−2, Gambar Tambahan 5). Seuhingga nyang kamoe teupeu, hase katalitik nyang dipakek MEA deungon katalis NiV-LDH-NS seucara signifikan meuleubeh dari kinerja reaktor aliran nyang dilaporkan sigolom jih deungon katalis berbasis Ni (Tabel Tambahan 2). Leubèh nibak nyan, lagèë nyang geupeuleumah bak Gbr.6d, NiV-LDH-NS geupeuleumah keunggulan nyang signifikan lam hai kepadatan arus, teugangan sel, ngon FE AA dibandengkan ngon katalis berbasis Co nyang paleng jroh, nyakni, Co3O4 (Co3O4/GDY)17 nyang geudukong graphene. Seulaen nyan, kamoe meuevaluasi konsumsi energi produksi AA dan meutunyok bahwa konsumsi AA that miyup, cuma 2,4 W h gAA-1 bak kepadatan arus 300 mA cm-2 dan tegangan sel 1,76 V (hitungan rinci disediakan dalam Catatan Tambahan 1). Dibandeng ngon hase nyang paleng get 4,1 W h gAA-1 keu Co3O4/GDY nyang ka geulaporkan seugolom jih, konsumsi energi keu produksi AA lam buet kamoe meukureng 42% ngon produktivitas meutamah 4 kali (1536 vs 319 μmol cm-2 h-1)17.
Stabilitas katalis NiV-LDH-NS untuk produksi AA jangka panyang di MEA dievaluasi bak kepadatan arus maseng-maseng 200 ngon 300 mA cm-2 (Gambar 6e). Kareuna OH− dikonsumsi leubeh bagah bak kepadatan arus nyang leubeh manyang, tingkat pembaroan elektrolit bak 300 mA cm-2 leubeh manyang nibak 200 mA cm-2 (eu subbagian “Pengukuran elektrokimia” keu leubeh jeulaih). Bak kepadatan arus 200 mA cm-2, rata-rata efisiensi COR nakeuh 93% lam 6 h phon, lheuh nyan bacut meunuron jeut keu 81% lheuh 60 h, seudangkan teugangan sel bacut meutamah 7% (dari 1,62 V jeut keu 1,73 V), nyan menunjukkan stabilitas nyang get. Deungon kepadatan arus meutamah jeut keu 300 mA cm−2, efisiensi AA teutap karap hana meu ubah (meunuron dari 85% jeut keu 72%), tapi teugangan sel meutamah signifikan (dari 1,71 jeut keu 2,09 V, sesuai deungon 22%) seulama tes 46-6h). Kamoe meuspekulasi bahwa alasan utama degradasi kinerja nakeuh korosi membran pertukaran anion (AEM) le sikloheksanon, nyang menyebabkan peningkatan resistensi sel dan tegangan sel elektrolizer (Gambar Tambahan 36), disertai deungon bacut kebocoran elektrolit keu anoda nyang peureulee volume di anoda keu ca peutheun elektrolisis nyan. Seulaen nyan, peunuronan FE AA cit jeut diseubabkan le pembilasan katalis, yeng mendukong pembukaan busa Ni untuk OER. Untuk meutunyok dampak AEM nyang ka korosi ateuh degradasi stabilitas bak 300 mA cm−2, kamoe meugantoe ngon AEM baro lheuh 46 h elektrolisis. Lage yeng diharapkan, efisiensi katalitik jeulah kembali, deungen teugangan sel seucara signifikan meunuron keu nilai awai (dari 2,09 sampoe 1,71 V) ngen lheuh nyan meutamah bacut seulama 12 h elektrolisis beurikot jih (dari 1,71 sampoe 1,79 V; peningkatan dari65).
Seucara keseluruhan, kamoe jeuet meucapai 60 h stabilitas produksi AA nyang sabe-sabe bak kepadatan arus 200 mA cm−2, nyan menunjukkan bahwa FE ngon tegangan sel AA teujaga deungon get. Kamoe pih meucuba kepadatan arus nyang leubeh manyang 300 mA cm−2 ngon meucapai stabilitas keseluruhan 58 h, meugantoe AEM ngon nyang baro lheuh 46 h. Studi di ateuh menunjukkan stabilitas katalis ngen deungen jeulah menunjukkan kebutuhan untuk pengembangan AEM daya yeng lubeh lambong di masa uke untuk meupeutingkat stabilitas jangka panyang MEA untuk produksi AA yeng sabe-sabe bak kepadatan arus yeng ideal seucara industri.
Berdasarkan kinerja MEA kamoe, kamoe mengusulkan proses produksi AA nyang lengkap nyang meliputi unit peunajoh substrat, elektrolisis, netralisasi, dan pemisahan (Gambar Tambahan 37). Analisis hase keureuja awai dipeuget untuk dievaluasi kelayakan ekonomi sistem deungon dipakek model produksi karboksilat elektrokatalitik elektrolit alkali55. Lam hai nyoe, biaya meunan cit modal, operasi, ngon bahan (Gbr. 7a ngon Gambar Tambahan 38), ngon pendapatan teuka dari produksi AA ngon H2. Hasé TEA geupeuleumah bahwa lam kondisi operasi kamoe (kepadatan arus 300 mA cm-2, tegangan sel 1,76 V, FE 82%), jumlah biaya ngon pendapatan maseng-maseng nakeuh US$2429 ngon US$2564, nyang diterjeumahkan keu laba gleh US$135 per ton Sustepp9 nyang dipeuhase).
a Total biaya proses elektrokimia AA di miyup skenario kasus dasar deungon FE 82%, kepadatan arus 300 mA cm−2, ngon teugangan sel 1,76 V. Analisis sensitivitas dari lhee biaya keu b FE ngon c kepadatan arus. Lam analisis sensitivitas, hanya parameter nyang dipeulajari nyang divariasikan dan parameter laen jih teutap konstan berdasarkan model TEA. d Efek FE ngon kepadatan arus nyang meubeda ateuh laba elektrosintesis AA ngon laba nyang geungui Ni(OH)2-NS ngon NiV-LDH-NS, ngon asumsi bahwa teugangan sel teutap konstan bak 1,76 V. Data input keu a-d geubri lam file data mentah.
Berdasarkan premis nyoe, kamoe menyelidiki leubeh lanjot dampak FE ngon kepadatan arus ateuh profitabilitas elektrosintesis AA. Kamoe meuteumee bahwa profitabilitas that sensitif keu FE dari AA, kareuna penurunan FE menyebabkan peningkatan biaya operasi nyang signifikan, sehingga meningkatkan biaya keseluruhan secara substansial (Gambar 7b). Meunyoë keupadatan arus, keupadatan arus nyang leubèh manyang (>200 mA cm-2) meubantu keu geupeukureuëng biaya modal ngon biaya konstruksi pabrek, terutama ngon cara geupeukureuëng luah sel elektrolitik, ngon nyan meukontribusi keu peningkatan laba (Gambar 7c). Dibandeng ngon kepadatan jinoe, FE na dampak nyang leubeh signifikan ateuh laba. Deungon geucirikan dampak FE ngon kepadatan arus ateuh laba, kamoe jeulaih takalon peunteng jih meucapai FE nyang tinggi (>60%) bak kepadatan arus nyang relevan seucara industri (>200 mA cm-2) untuk memastikan keuntungan. Kareuna nilai FE AA yeng lambong, sistem reaksi deungen NiV-LDH-NS seubagai katalis teutap menguntongkan dalam kisaran 100-500 mA cm-2 (titek pentagram; Gambar 7d). Namun, untuk Ni(OH)2-NS, meupeutren FE bak kepadatan arus lambong (>200 mA cm−2) meusebabkan hase yeng hana menguntongkan (lingkaran; Gambar 7d), menyorotkan pentengnya katalis deungen FE lambong bak kepadatan arus lambong.
Seulaen peunteng katalis lam peukureung modal ngon biaya operasi, penilaian TEA kamoe menunjukkan bahwa profitabilitas jeut ditingkatkan leubeh lanjot deungon dua cara. Nyang phon nakeuh ngon cara meukat beusama kalium sulfat (K2SO4) bak pasai seubagoe produk sampingan dari unit netralisasi, tapi ngon potensi pendapatan US$828/t AA-1 (Catatan Tambahan 9). Nyang keudua nakeuh keu geuoptimalkan teknologi peuproses, jitamong cit daur ulang bahan atawa pengembangan teknologi peumisah AA nyang leubeh ekonomis (alternatif keu unit netralisasi ngon peumisah). Proses netralisasi asam-basa nyang jinoe dipakek jeut meuhasekan biaya bahan nyang tinggi (nyang meujumlah bagian paleng rayeuk bak 85,3%), di pat 94% diseubabkan le sikloheksanon ngon KOH ($2069/t AA-1; Gambar 7a), tapi lagee nyang diseubot di ateuh, proses nyan mantong menguntungkan secara keseluruhan. Kamoe meusarankan bahwa biaya bahan jeuet geupeukureueng leubeh lanjut ngon cara nyang leubeh maju keu pemulihan KOH ngon sikloheksanon nyang hana direaksi, lagee elektrodialisis keu pemulihan KOH14 nyang lengkap (perkiraan biaya US$1073/t AA-1 melalui elektrodialisis; Catatan Tambahan 9).
Singkat jih, kamoe meucapai efisiensi lambong elektrolisis atom aluminium bak kepadatan arus lambong deungen meupeuturi V keu dalam nanosheets Ni(OH)2. Di miyup rentang potensi nyang luah 1,5-1,9 VRHE ngon kepadatan arus nyang tinggi 170 mA cm-2, AA FE bak NiV-LDH-NS trok 83-88%, seudangkan OER seucara efektif ditekan sampoe 3%. Modifikasi V mempromosikan reduksi Ni2+ jeut keu Ni3+x ngon meningkatkan adsorpsi sikloheksanon. Data eksperimental ngon teoritis meugisa bahawa rekonstruksi nyang dirangsang meningkatkan kepadatan arus untok oksidasi sikloheksanon ngon meugrak RDS COR dari rekonstruksi keu dehidrogenasi nyang melibatkan pembelahan Cα-H, seudangkan adsorpsi sikloheksanon nyang ditingkatkan menekan OER. Perkembangan MEA meucapai produksi AA sabe bak kepadatan arus industri 300 mA cm-2, rekor efisiensi AA 82%, ngen produktivitas 1536 μmol cm-2 h-1. Saboh tes 50 jeum geupeuleumah bahwa NiV-LDH-NS na stabilitas nyang jroh kareuna jeuet geupeutheun AA FE nyang tinggi lam MEA (> 80% seulama 60 jeum bak 200 mA cm−2; > 70% seulama 58 jeum bak 300 mA cm−2). Peureulèë tapeu ingat bahwa na peureulèë keu tapeukeumang AEM nyang leubèh teuga keu tapeugot stabilitas jangka panyang bak kepadatan arus nyang ideal seucara industri. Seulaen nyan, TEA menyorot keuntungan ekonomi dari strategi reaksi untuk produksi AA ngen penteng jih katalis berkinerja tinggi ngen teknologi pemisahan canggih untuk meupeukureng biaya lubeh lanjot.