بررسي اثر آنيون نمك نيكل و الكتروليت بر روي فعاليت الكتروكاتاليزوري لايه نازك هيدروكسيد نيكل در الكترواكسايش آب

The effect of nickel salt source and anion of electrolyte on electro-driven water oxidation activity using nickel hydroxide thin film

در اين تحقيق، يك روش لايه نشاني الكتروشيميايي بسيار ساده، آسان و سريع براي ايجاد فيلم نازك هيدروكسيد نيكلNi(OH)2 نشان داده شده است. اين لايه نازك نيكل هيدروكسيد، قادر است به عنوان كاتاليزور واكنش الكترو‌اكسايش آب مورد استفاده قرار مي-گيرد. ولتامتري چرخه‌اي و الكتروليز به روش كرونوآمپرومتري با فيلم Ni (OH)2 در محلول آبي (0/10 pH) جريان كاتاليزوري خوبي را نشان مي‌دهد. فيلم هيدروكسيد نيكل با ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، طيف سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس (XPS)، پراش پرتو X (XRD) و روش‌هاي ولتامتري مشخصه‌يابي شد. نتايج نشان داد كه فيلم هيدروكسيد نيكل يك كاتاليزور ناهمگن مناسب براي اكسايش آب است كه در مدت زمان طولاني بدون از دست‌دادن بازده عملكرد خوبي دارد. اثر پارامترهاي مختلف الكتروسنتز هيدروكسيد نيكل، مانند نوع نمك نيكل، الكتروليت پشتيبان، pH و زمان لايه نشاني الكتروشيميايي هيدروكسيد نيكل بر روي بازده اكسايش آب بررسي شد. اين فيلم كاتاليزوري در الكتروليت پشتيبان بورات با جريان شروع به ترتيب در حدود 1 ميلي‌آمپر بر سانتيمتر مربع و 10 ميلي آمپر بر سانتيمترمربع در0/10 pH به ترتيب داراي اضافه پتانسيل 60 ميلي‌ولت و 540 ميلي‌ولت است. عملكرد كاتاليزوري مواد توسط الكتروليز طولاني مدت در پتانسيل ثابت 1/1 ولت در مقابل الكترود كالومل اشباع (SCE) با چگالي جريان پايدار 5/4 ميلي‌آمپر بر سانتيمتر مربع براي 0/10 pH (حداقل براي 5 ساعت) و راندمان فاراديك تقريبا 97٪ به دست آمده است.

In this approach, we demonstrate a very simple, easy and fast electrodeposition method to form nickel hydroxide (Ni(OH)2) thin film which is able to catalyze the water electro-oxidation reaction. Cyclic voltammetry and bulk electrolysis with Ni(OH)2 film in aqueous solution (pH 10.0) exhibited good catalytic current. The nickel oxide film was characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and voltammetric methods. The results shows that Ni(OH)2 film is a robust heterogeneous water oxidation catalyst which has been used in long time without missing efficiency. The effect of several parameters in electro-synthesize of nickel hydroxide such as the kind of nickel salts, supporting electrolyte, pH and electrodeposition time of nickel hydroxide were investigated on water oxidation efficiency. The film exhibits an overpotentials of 60 mV and 540 mV at the onset of catalytic current in borate supporting electrolyte at around 1 mA cm-2 and 10 mA cm-2 in pH 10.0, respectively. The catalytic performance of the material is demonstrated by long-term electrolysis at 1.1 V versus saturated calomel electrode (SCE) with a stable current density ~ 4.5 mA for pH 10.0 (for at least 5 h), and a Faradaic efficiency of almost 97% is obtained.