LUÂN VĂN HÓA HỌC MỤC LỤC MỞ ĐẦU . i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .1 CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3 2.1 Tổng quan về pin nhiên liệu 3 2.1.1 Khái niệm pin nhiên liệu . 3 2.1.2 Phân loại . 3 2.1.3 Ưu và nhược điểm của pin nhiên liệu DAFCs 4 2.1.4 Tình hình nghiên cứu pin nhiên liệu trên thế giới và trong nước 5 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu DAFCs 6 2.2.1 Cấu tạo 6 2.2.2 Nguyên lý hoạt động . 8 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa điện hóa của pin nhiên liệu DAFCs 8 2.3.1 Cơ sở lý thuyết quá trình oxy hóa điện hóa trong pin nhiên liệu DAFCs 8 2.3.2 Xúc tác nano kim loại cho phản ứng trong pin DAFCs 9 2.3.3 Các loại cacbon làm giá mang xúc tác cho nano kim loại 9 2.3.4 Phương pháp tổng hợp nano kim loại trên nền cacbon . 11 2.3.5 Glycerol sử dụng cho quá trình oxy hóa điện hóa trong pin nhiên liệu . 12 2.3.6 Phương pháp nghiên cứu . 16 CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 20 3.1 Phương tiện nghiên cứu . 20 3.1.1 Hóa chất 20 3.1.2 Dụng cụ và thiết bị 20 3.1.3 Chuẩn bị hóa chất 22 3.2 Phương pháp nghiên cứu . 23 3.2.1 Tổng hợp xúc tác nano Pt/C bằng phương pháp đồng khử vi sóng ethylen glycol . 23 3.2.2 Tổng hợp xúc tác Pd/C bằng phương pháp khử EG kết hợp vi sóng 24 3.2.3 Quy trình chuẩn bị màng xúc tác nano trên GC . 24 3.3 Khảo sát quá trình oxy hóa điện hóa glycerol trong các môi trường điện giải nền khác nhau trên điện cực Pt khối . 27 3.4 Tính năng lượng hoạt hóa cho phản ứng oxy hóa điện hóa glycerol . 27 3.5 Khảo sát diện tích hoạt tính của xúc tác Pt/C và Pd/C . 28 3.7 Khảo sát hoạt tính xúc tác Pt/C, Pd/C cho quá trình oxy hóa glycerol . 29 3.7.1 Các tham số điện hóa nghiên cứu sự oxy hóa glycerol . 29 3.7.2 Khảo sát sự suy giảm hoạt tính xúc tác theo thời gian 29 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 30 4.1 Khảo sát sự oxy hóa điện hóa glycerol trên điện cực Pt khối . 30 4.1.1 Khảo sát quá trình oxy hóa điện hóa các môi trường điện giải nền khác nhau. 30 4.1.2 Khảo sát sự oxy hóa glycerol trong các môi trường điện giải nền 31 4.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa điện hóa glycerol trên điện cực Pt khối 32 4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ glycerol . 32 4.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ quét thế 33 4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 34 4.2.4 Các tham số điện hóa cho quá trình oxy hóa glycerol trên Pt khối . 36 4.2.5 Khảo sát sự ổn định phản ứng oxy hóa glycerol trên Pt khối theo số vòng quét thế . 36 4.2.6 Khảo sát sự suy giảm hoạt tính của điện cực Pt khối theo thời gian 37 4.3 So sánh sự oxy hóa các alcol trên điện cực Pt khối trong môi trường kiềm38 4.4 Khảo sát sự oxy hóa glycerol trên các vật liệu xúc tác nano Pd/C và Pt/C . 39 4.4.1 Xác định kích thước và thành phần vật liệu nano trên nền cacbon . 39 4.4.2 Xác định diện dích hoạt tính xúc tác của nano Pt, Pd trên nền cacbon . 40 4.4.3 Khảo sát quá trình oxy hóa điện hóa glycerol trên điện cực xúc tác nano kim loại . 42 4.4.4 Khảo sát sự ổn định hoạt tính xúc tác nano theo chu kỳ quét thế . 43 4.4.5 Khảo sát sự suy giảm của xúc tác nano theo thời gian . 47 CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 5.1 Kết luận 49 5.2 Kiến nghị 49 PHỤ LỤC . 50 Bảng phụ lục giá trị khảo sát số vòng quét các mẫu đo bảng . 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt 52 Tài liệu tham khảo Tiếng Anh 52 Tài liệu từ internet 53 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than, dầu khí . đang được khai thác gần hết và trong tương lai không xa sẽ cạn kiệt, khi mà năng lượng nguyên tử còn đặt ra quá nhiều tranh cãi bởi sự độc hại và nguy hiểm của nó thì việc nghiên cứu tìm ra các nguồn năng lượng mới, có khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường đã trở thành nghiên cứu mũi nhọn của nhiều quốc gia. Trong công cuộc đi tìm nguồn năng lượng mới này, con người đã đạt được những thành công nhất định như sử dụng năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng thủy điện . để phát điện với công suất lên tới hàng ngàn mêga oát. Tuy nhiên những nguồn năng lượng này lại phụ thuộc rất nhiều vào tự nhiên. Trong những năm gần đây, một hướng nghiên cứu mới đầy triển vọng đã và đang được nghiên cứu: đó là việc sử dụng pin nhiên liệu - một thiết bị chuyển đổi trực tiếp hóa năng của nhiên liệu như H2, rượu (methanol, ethanol, ethylen glycol, glycerol .) thành điện năng nhờ quá trình điện hoá. Trong đó, việc lựa chọn và tìm ra nguồn nhiên liệu thích hợp (cho hiệu suất cao, dễ tái tạo, dễ sử dụng, không độc hại, dễ vận chuyển, lưu trữ .) đang là mối quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển pin nhiên liệu. Glycerol – một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất biodiesel từ dầu thực vật và mỡ động vật, với giá thành rẻ và nhiều ưu điểm khác thích hợp để tận dụng làm nguồn nhiên liệu cho pin nhiên liệu. Trên thế giới đã có các nghiên cứu triển khai theo hướng này, tuy nhiên tại Việt Nam chưa có nghiên cứu nào về việc sử dụng glycerol cho pin nhiên liệu. Do đó nhóm tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu sự oxy hóa điện hóa glycerol trên các xúc tác platin và paladi cho pin nhiên liệu”. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu các quá trình oxy hóa điện hóa glycerol của pin nhiên liệu. - Nghiên cứu quá trình oxy hóa điện hóa glycerol trên điện cực Platin (Pt) khối bằng các kỹ thuật điện hóa von – ampe. - Khảo sát quá trình oxy hóa điện hóa glycerol trên các loại vật liệu xúc tác nano kim loại quí: Platin nano (Pt) và Paladium nano (Pd). 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp von – ampe: quét thế vòng tuần hoàn Cyclic voltammetry (CV) và dòng – thời Chronoampemetry (CA). - Thống kê, phân tích số liệu đo đạc. - Đánh giá kết quả thu được và đưa ra nhận xét cho đối tượng nghiên cứu. MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển xã hội, nhu cầu tiêu thụ năng lượng của con người ngày càng tăng cao. Các hệ thống chuyển hóa năng lượng truyền thống như các nhà máy nhiệt điện, hạt nhân, thủy điện .gây ô nhiễm môi trường sống và ẩn chứa nhiều rủi ro. Do vậy mà việc khai thác các nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo cũng như các hệ thống chuyển hóa năng lượng thân thiện với môi trường đã và đang được đẩy mạnh nghiên cứu và triển khai ứng dụng. Pin nhiên liệu đặc biệt là pin nhiên liệu sử dụng alcol trực tiếp (DAFCs) là một trong các định hướng để giải quyết vấn đề trên. Đề tài bước đầu nghiên cứu phản ứng oxy hóa điện hóa glycerol - một phụ phẩm có sản lượng lớn của quá trình sản xuất biodiesel nhằm ứng dụng glycerol như một nguồn nhiên liệu rẻ tiền và thân thiện với môi trường trong sản xuất pin nhiên liệu. Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả ban đầu về khả năng oxy hóa điện hóa glycerol trên các loại xúc tác khác nhau. Khảo sát quá trình oxy hóa điện hóa glycerol ở quy mô phòng thí nghiệm sử dụng các phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV) và phương pháp dòng – thời (CA) trên hệ điện cực gồm Platin (Pt) khối, nano Pt/C và nano Pd/C trong môi trường KOH 1 M, glycerol nồng độ 1 M, vận tốc quét 50 mV/s trong khoảng thế -800 đến 300 mV so với điện cực Ag/AgCl (KCl 3M) ở 25oC. Kết quả cho thấy, Pt và Pd có hoạt tính xúc tác tốt cho quá trình oxy hóa điện hóa glycerol. Năng lượng hoạt hóa Ea trên Pt khối là 18,41 kJ/mol. Khả năng trao đổi electron trên xúc tác Pd/C (20% khối lượng Pd trên cacbon) là cao nhất (7,73 mA/cm2). Xúc tác Pt/C cho tốc độ phản ứng oxy hóa điện hóa glycerol ổn định ở -0,094 V và thể hiện hoạt tính xúc tác cao hơn so với Pt/C thương mại
