Thạc Sĩ Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu nanocomposite platin/carbon (Pt/C) bằng phương

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống của con người ngày càng tăng; trong khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt và bộc lộ nhiều khuyết điểm thì năng lượng tái tạo dần dần được nghiên cứu. Một trong những nguồn năng lượng tái tạo được xem là thân thiện với môi trường và có hiệu suất cao đó là pin nhiên liệu. Chỉ cần cung cấp nhiên liệu đầu vào là hydro, methanol, ethanol và oxy, pin nhiên liệu có thể tạo ra năng lượng điện. Ngoài ra, pin không sử dụng than hay dầu mỏ nên hạn chế việc phát sinh khí thải gây hiệu ứng nhà kính gây ô nhiễm môi trường. Điện từ pin nhiên liệu có thể cung cấp tại chỗ. Với những ưu điểm đó, rất nhiều công trình khoa học trên thế giới đang nghiên cứu tập trung cải tiến nhằm tạo ra pin nhiên liệu có hiệu quả cao hơn. Đặc biệt là giảm giá thành để pin nhiên liệu có thể áp dụng rộng rãi trong cả kỹ thuật và đời sống.
Hydro và pin nhiên liệu được xem là nguồn năng lượng thay thế cho các nguồn nguyên liệu hóa thạch. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEMFC, và pin nhiên liệu methanol trực tiếp DMFC có nhiều triển vọng trong nghiên cứu và phát triển sản xuất ra thị trường. Pin nhiên liệu cần dùng đến các chất xúc tác cho các phản ứng xảy ra nhanh hơn, đáp ứng nhu cầu điện năng sử dụng. Chất xúc tác trong pin PEMFC phải được làm bằng các kim loại platin hoặc hợp kim của platin. Hiện nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ nano, các vật liệu nanocomposite platin trên chất mang carbon là một trong những vật liệu nano mới đã và đang được nghiên cứu rộng rãi, sử dụng làm điện cực xúc tác cho quá trình oxi hóa trong pin nhiên liệu. Nhằm đóng góp vào lĩnh vực này, chúng tôi tập trung nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite platin trên carbon với tên đề tài “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu nanocomposite platin/carbon (Pt/C) bằng phương pháp polyol”.

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT . iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
MỞ ĐẦU 1
1. TỔNG QUAN . 2
1.1. Pin nhiên liệu . 2
1.1.1. Khái niệm về pin nhiên liệu . 2
1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu . 2
1.1.3. Phân loại pin nhiên liệu . 4
1.2. Xúc tác điện cực nanocomposite platin/carbon . 9
1.2.2. Xúc tác nanocomposite platin trên chất mang carbon 10
1.2.3. Các phương pháp chế tạo nanocomposite platin/carbon 10
1.3. Chất mang xú
c tác .11
1.3.1. Đặc điểm của chất mang xúc tác .11
1.3.2. Các loại chất mang carbon trong pin nhiên liệu .13
2. THỰC NGHIỆM 22
2.1. Nguyên vật liệu – thiết bị 22
2.1.1. Hóa chất 22
2.1.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 22
2.2. Nội dung nghiên cứu .24
2.3. Các phương pháp thực nghiệm chế tạo nanocomposite Pt/C 24
2.3.1 Xử lý carbon 24
2.3.2 Điều chế nanocomposite Pt/C .25
2.3.3 Điều chế nano composite Pt/Graphene .26
2.3.1. Tổng hợp GO 26
2.3.3.2. Tổng hợp nano composite Pt/Graphene 29
2.4. Các phương pháp phân tích .29
2.4.1. Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn .29
iii
2.4.2. Phương pháp phân tích chụp ảnh TEM .34
2.4.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 34
2.4.4. Phương pháp đo FT-IR .35
2.4.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt BET 35
2.4.6. Phương pháp chụp ảnh FE-SEM/EDX 36
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Kết quả chế tạo các vật liệu nanocomposite Pt/C .37
3.2. Kết quả chế tạo nanocomposite Pt /carbon Vulcan XC72R 39
3.2.1. Carbon Vulcan XC72R không xử lý 39
3.2.2. Carbon Vulcan XC72R xử lý 42
3.2.3. So sánh hoạt tính xúc của vật liệu nanocomposite Pt/Vulcan 52
3.3. Kết quả chế tạo nanocomposite Pt/BP .60
3.3.1. Kết quả đo CV của nanocomposite Pt/BP-XL .61
3.3.2. Kết quả TEM 63
3.3.3. Kết quả đo BET .64
3.4. Kết quả chế tạo vật liệu nanocomposite Pt/Graphene .65
3.4.1. Khảo sát hoạt tính xúc tác điện hóa của nanocomposite Pt/G 65
3.4.2. Kết quả đo dòng thời 66
3.4.3. Kết quả phân tích FT-IR của nannocomposite Pt/Graphene 67
3.4.4. Kết quả phân tích XRD của nanocomposite Pt/Graphene 69
3.4.5. Kết quả TEM 70
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71
4.1 Kết luận 71
4.2. Kiến nghị .71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
PHỤ LỤC . 725