基于直接墨水书写技术的复杂 3D 电极制备及其氧气演化反应性能研究

《Scientific Reports》：Effect of infill density and geometry of direct ink written 3D Ni-based electrodes on their oxygen evolution reaction performance

　　

摘要

在这项研究中，采用直接墨水书写技术（Direct Ink Writing, DIW）制备了用于水分解的新型复杂3D电极，特别是用于氧气演化反应（OER）。使用3D电极的主要优势在于能够最大化催化剂表面积并便于气体产物的排出。基于微米级镍粉的水基浆料经过DIW处理、烧结和NiFe电沉积工艺制备而成，其中固体负载量高达79%。为了验证电极设计对OER性能的影响，研究了三种不同的复杂几何结构：两种直线填充方式（填充密度分别为40%和55%）以及一种螺旋线形填充方式（填充密度为50%）。研究表明，较低的填充密度（40%的直线填充方式）明显有助于提高OER效率。除了较大的孔隙尺寸外，这种电极的优异性能还得益于纤维方向与重力矢量呈45°角的设计，这有助于泡沫的浮力释放；同时，纤维内部的孔隙结构也有助于提高电极的润湿性和疏水性。