تین جہتی نکل جھاگ کے مواد پر نانو سٹرکچرڈ مواد کا استعمال پانی کے کریکنگ کے لیے الیکٹروکیٹالیسٹ کے طور پر

جیواشم ایندھن کی کمی اور توانائی اور ماحولیاتی مسائل کے بارے میں بڑھتے ہوئے خدشات نے متبادل توانائی کے ذرائع کو تیار کرنے کے لیے وسیع تحقیقی کوششوں کو جنم دیا ہے۔الیکٹرو کیمیکل الیکٹرولیسسپانی کی مقدار کو ہائیڈروجن ایندھن کی پیداوار کے لیے ایک امید افزا حکمت عملی سمجھا جاتا ہے۔ تاہم، موثر پانی کی کریکنگ کے لیے موثر اور پائیدار الیکٹرو کیٹیلسٹس کی ضرورت ہوتی ہے جو آکسیجن ایکسٹریکشن ری ایکشن (OER) اور ہائیڈروجن ایکسٹریکشن ری ایکشن (HER) کے حرکیات کو تیز کر سکتے ہیں۔ نوبل دھات پر مشتمل اتپریرک، جیسے Pt اور اس کے مرکبات، RuO2 اور IrO2، فی الحال OER اور HER کو اتپریرک کرنے کے لیے سب سے زیادہ کارآمد اتپریرک ہیں۔ تاہم، عظیم دھاتوں کی اعلی قیمت اور کمی نے ان کے بڑے پیمانے پر استعمال اور قابل تجدید توانائی کی ٹیکنالوجیز کی ترقی میں رکاوٹ ڈالی ہے۔ ان حدود کو دور کرنے کے لیے، OER اور OERHER کے اقتصادی متبادل کے طور پر زمین سے بھرپور مواد کا استعمال کرتے ہوئے غیر قیمتی دھاتی الیکٹرو کیٹیلسٹس کو ڈیزائن اور ترکیب کرنے کے لیے کافی کوششیں کی گئی ہیں۔ ٹرانزیشن میٹل آکسائیڈز، سلفائیڈز، فاسفائیڈز، کاربن مواد، سیلینائیڈز، اور مخلوط دھاتی کمپلیکس کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے اور اس نے OER اور HER کے لیے امید افزا کارکردگی دکھائی ہے۔ تاہم، ان میں سے زیادہ تر الیکٹرو کیٹیلیسٹ کو دھات پر مبنی اتپریرک کے مقابلے میں زیادہ امکانات کی ضرورت ہوتی ہے، اور ان کے استحکام کو بہتر بنانا بہت ضروری ہے۔ لہذا، پانی کی موثر تقسیم کے لیے اعلی سرگرمی اور طویل مدتی استحکام کے ساتھ کم لاگت اور موثر متبادل الیکٹروڈ ڈھانچہ تیار کرنے کی فوری ضرورت ہے۔

الیکٹرو کیمیکل ایپلی کیشنز کے میدان میںالیکٹروڈ تیار کرنے کے لیے دو اہم حکمت عملیوں کا استعمال کیا گیا ہے۔ پہلی اور سب سے زیادہ استعمال ہونے والی تکنیک میں پاؤڈر کی شکل میں کیٹیلسٹ کا استعمال شامل ہے۔ عام طور پر، الیکٹروڈز الیکٹرو ایکٹیو مواد، چالکتا بڑھانے والے، اور کنڈکٹیو سبسٹریٹس پر چپکنے والی چیزوں کے استعمال سے بنائے جاتے ہیں۔ تاہم، یہ نقطہ نظر خرابیوں کے بغیر نہیں ہے. بنیادی نقصان برقی طور پر موصل بائنڈر کی ضرورت ہے، جو الیکٹرولائٹ اور اتپریرک کے درمیان رابطے کے علاقے کو کم کر دیتا ہے۔ یہ اتپریرک طور پر فعال سائٹس کو بلاک کرنے کا باعث بن سکتا ہے، جس کے نتیجے میں اعلی مزاحمت اور الیکٹروکاٹیلیٹک کارکردگی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، الیکٹروڈ نسبتاً غیر مستحکم ہوتے ہیں، کیونکہ منسلک کیٹالسٹ اعلی کرنٹ کثافت پر کنڈکٹنگ سبسٹریٹ سے چھلکا جاتا ہے۔ الیکٹروڈ کی تیاری کے لیے دوسری اہم حکمت عملی عمدہ دھات پر مبنی مواد کا استعمال ہے جو براہ راست کنڈکٹیو سبسٹریٹ پر الیکٹروڈ جمع کیے جاتے ہیں، جیسے نکل فوم، کاپر فوائل، کاربن کپڑا یا کاغذ، ایف ٹی او، سٹینلیس سٹیل اور نکل فوائل۔ تاہم، یہ نقطہ نظر اس کی حدود کے بغیر نہیں ہے. جمع شدہ فعال مواد کے درمیان قابل رسائی جگہ کو درست طریقے سے کنٹرول کرنا مشکل ہے اور اس وجہ سے، الیکٹروڈ کی کارکردگی فلم کی موٹائی میں اضافے کے ساتھ کم ہوتی جاتی ہے جس کی وجہ سے اندر کی متحرک طور پر فعال جگہوں تک سبسٹریٹ کی ناقابل رسائی ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، طریقہ کار کی پیچیدگی اور اعلی قیمت اس کے عملی اطلاق میں بہت رکاوٹ ہے۔ لہذا، کے لئے سرمایہ کاری مؤثر تعمیر کی تکنیک کی ترقیتین جہتی (3D) الیکٹروڈکامیاب الیکٹرو کیمیکل ایپلی کیشنز کے لیے ضروری ہے۔

غیر محفوظ ڈھانچے اور اعلی مخصوص سطح کے علاقوں کے ساتھ نئے تین جہتی دھاتی مواد کی ترقی نے آئن کے پھیلاؤ کی لمبائی کو کم کرنے اور آئنک اور الیکٹرانک چالکتا کو بڑھانے کی صلاحیت کی وجہ سے کافی توجہ مبذول کرائی ہے۔ لہٰذا، الیکٹرو کیٹیلسٹ ڈیزائن کے لیے ایک امید افزا سمت مختلف ساختی جہتوں کو یکجا کرنا ہے تاکہ اتپریرک کیریئرز کا ایک نانو اسٹرکچرڈ مرکب بنایا جا سکے جو اعلی چالکتا، بڑے سطحی رقبہ اور اعلی استحکام فراہم کرتا ہے۔نکل جھاگ(NF)، ایک تجارتی طور پر دستیاب اور سستا مواد، اس کی مطلوبہ سہ جہتی کھلی تاکنا ساخت، اعلی برقی چالکتا، اور بڑے مخصوص سطح کے علاقے کی وجہ سے الیکٹروڈ مواد کے لیے سبسٹریٹ اور کیریئر کے طور پر بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا رہا ہے۔ NFs کے اندر موجود چینلز اچھے بڑے پیمانے پر منتقلی اور فی یونٹ رقبہ کے بڑے سطحی رقبہ بھی فراہم کرتے ہیں۔ مختلف سبسٹریٹس، بشمول مختلف دھاتی جھاگ، میش، ورق اور کپڑے، کو الیکٹرو کیمیکل ایپلی کیشنز جیسے لتیم آئن بیٹریاں، سپر کیپیسیٹرز، سولر سیل اور پانی کی تقسیم کے لیے جمع کرنے والے کے طور پر تلاش کیا گیا ہے۔ خاص طور پر، غیر محفوظ NFs نے اپنی کم قیمت، برقی چالکتا، اور بڑے الیکٹرو ایکٹیو سطح کے رقبے کی وجہ سے توجہ مبذول کرائی ہے، جو کیٹیلسٹ لوڈ کرنے اور الیکٹرو کیمیکل ایکٹیو سائٹس کو بڑھانے کے لیے مثالی ہے۔ اس کے علاوہ، غیر محفوظ NFs الیکٹرولائٹس کی بڑے پیمانے پر نقل و حمل کو بڑھانے میں فوائد رکھتے ہیں، انہیں توانائی کی ایپلی کیشنز میں اعلی سطحی علاقے کے موجودہ جمع کرنے والوں کے لیے موزوں امیدوار بناتے ہیں۔ نکل جھاگ پر فعال مواد کی براہ راست نمو پانی کے کریکنگ ری ایکشنز میں موثر الیکٹران کی منتقلی کے لیے اتپریرک-سبسٹریٹ رابطے کو بھی بڑھاتی ہے۔ جب کہ سپر کیپیسیٹر اور بیٹری الیکٹروڈ NFs کے لیے اہم ایپلی کیشنز بنے ہوئے ہیں، حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ اس مواد پر جمع کیے گئے الیکٹروڈ مواد میں Ni foils اور نیٹ کے مقابلے اعلی OER سرگرمی ہوتی ہے۔ یہ مواد یا تو ان کی قدرتی شکل میں لاگو کیا جا سکتا ہے یا فعال مواد سے سجایا جا سکتا ہے، اور جھاگوں کو جمع کرنے والے اور معاون ذیلی جگہوں کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے. اس طرح، NF سبسٹریٹس پر ایک نانو سٹرکچرڈ، زمین سے بھرپور اتپریرک مواد کی نشوونما توانائی کے ذخیرہ/تبادلوں کے آلات کے لیے جدید الیکٹروڈ مواد کی ترقی کا وعدہ رکھتی ہے۔ اگرچہ نکل جھاگ پر براہ راست اگائے جانے والے زمین سے بھرپور الیکٹروکیٹالسٹس عام طور پر دستیاب ہیں، OERs اور HERs کے لیے نکل فوم پر تین جہتی الیکٹروڈز کی وسیع پیمانے پر تحقیق نہیں کی گئی ہے، حالانکہ یہ غیر محفوظ درجہ بندی کے ڈھانچے ہیں جو کم لاگت والے اور آسانی سے تیار کیے جاتے ہیں۔