Nghiên cứu điều chế và đặc trưng tính chất xúc tác pt graphene biến tính ứng dụng trong pin nhiên liệu

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu điều chế đặc trưng tính chất xúc tác Pt/Graphene biến tính ứng dụng pin nhiên liệu NGUYỄN TIẾN HỒNG Ngành Hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên TS Nguyễn Thị Phương Hòa Viện: Kỹ thuật Hoá học HÀ NỘI, 3/2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu điều chế đặc trưng tính chất xúc tác Pt/Graphene biến tính ứng dụng pin nhiên liệu NGUYỄN TIẾN HỒNG Ngành Hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Chữ ký GVHD TS Nguyễn Thị Phương Hòa Chữ ký GVHD Viện: Kỹ thuật Hoá Học HÀ NỘI, 3/2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Tiến Hoàng Đề tài luận văn: Nghiên cứu điều chế đặc trưng tính chất xúc tác Pt/Graphene biến tính, ứng dụng pin nhiên liệu Chuyên ngành: Hóa học Mã số HV: 20212665M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 21 tháng năm 2023, với nội dung sau: - Đã việt hóa hình, bảng luận văn; - Đã chỉnh sửa thống tên gọi xúc tác, số lỗi đánh máy, in ấn lỗi trích dẫn tài liệu tham khảo, đánh số bảng biểu hình vẽ Ví dụ: xúc tác tên Au2Pt5/rGO; Các lỗi đánh máy “ancon-ancol”, … - Đã chỉnh lý, bổ sung số biện luận để nội dung luận văn rõ ràng xuyên suốt Ngày 29 tháng 03 năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Hồng Liên TS Nguyễn Thị Phương Hịa Nguyễn Tiến Hồng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS TSKH Ngô Thị Thuận ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu điều chế đặc trưng tính chất xúc tác Pt/Graphene biến tính ứng dụng pin nhiên liệu Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hồng Liên TS Nguyễn Thị Phương Hòa LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Phịng thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ lọc, hóa dầu (PTNTĐ), khuôn khổ nhiệm vụ Khoa học công nghệ liên quan đến vật liệu xúc tác cho pin nhiên liệu Trước hết, xin bày tỏ lỏng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hồng Liên tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên mơn, kinh nghiệm q báu cho tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Phương Hòa hướng dẫn tơi q trình thực nghiệm Phịng thí nghiệm Tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TS Vũ Thị Thu Hà hỗ trợ quý báu học thuật, tạo điều kiện GS Phịng thí nghiệm để tơi thực thành công thực nghiệm khoa học luận văn Tôi xin cám ơn đồng nghiệp PTNTĐ công nghệ lọc, hóa dầu quan tâm, chia sẻ kinh nghiệm với tơi Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa Học, Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, tạo điều kiện tốt cho tơi q trình học tập trường, nơi truyền đạt cho kiến thức khoa học, kỹ năng, kinh nghiệm công việc Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, người ln bên cạnh, hết lòng quan tâm, bảo, động viên suốt thời gian qua, tạo cho điều kiện tốt để hoàn thành luận văn Thật vui tự hào học tập làm việc bầu khơng khí Đại học Bách khoa Hà Nội Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả Nguyễn Tiến Hồng TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Mục tiêu đề tài luận văn điều chế xúc tác Pt/Graphene biến tính, định hướng ứng dụng cho pin nhiên liệu alcohol trực tiếp - DAFC Các phương pháp thực bao gồm: phương pháp thu thập thông tin, tài liệu; phương pháp chuyên gia; phương pháp kế thừa có chọn lọc kết nghiên cứu tác giả khác; phương pháp thực nghiệm Đề tài luận văn sử dụng kỹ thuật đại SEM, TEM, XRD EDX xúc tác vật liệu đánh giá hoạt tính phản ứng oxi hóa điện hóa ethanol phép đo điện hóa đặc trưng Luận văn tổng hợp thành công xúc tác Pt/Graphene biến tính – AuPt/rGO, với tiểu phân pha hoạt tính xúc tác có kích thước trung bình nm, phân bố đồng chất mang rGO, với tượng xúc tác co cụm giảm đáng kể Bên cạnh đó, luận văn đánh giá hoạt tính xúc tác PtAu/rGO phản ứng oxi hóa điện hóa ethanol methanol Theo đó, xúc tác PtAu/rGO có hoạt tính cao mơi trường bazơ, đồng thời có độ ổn định hoạt tính tương đối tốt phản ứng oxi hóa điện hóa ethanol methanol Các kết phù hợp với mục tiêu đặt Định hướng sử dụng nguồn lượng mới, an toàn thân thiện với mơi trường từ phản ứng oxi hóa điện hóa ethanol pin DAFC ngày quan tâm nghiên cứu, phát triển Việc điều chế xúc tác AuPt/Graphene biến tính có hoạt tính tốt, ứng dụng làm chất mang xúc tác phủ điện cực anốt pin nhiên liệu ancol trực tiếp (DAFC) có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao xu hướng Nguồn nguyên liệu methanol, ethanol có độ an toàn cao, dễ bảo quản so với phương pháp lưu trữ hydrogen truyền thống trước Học viên Nguyễn Tiến Hoàng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .i DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG iv MỞ ĐẦU .1 TỔNG QUAN I.1 Pin nhiên liệu I.1.1 Pin nhiên liệu kiềm – AFC I.1.2 Pin nhiên liệu muối cacbonat nóng chảy – MCFC I.1.3 Pin nhiên liệu axit phosphoric – PAFC .5 I.1.4 Pin nhiên liệu màng trao đổi proton – PEMFC .5 I.1.5 Pin nhiên liệu oxit rắn – SOFC I.1.6 Pin nhiên liệu ancol trực tiếp – DAFC I.2 Xúc tác sở Pt cho phản ứng oxy hóa điện hóa ứng dụng pin DAFCs I.2.1 Q trình oxy hóa điện hóa methanol/ ethanol pin DAFCs I.2.2 Xúc tác sở Pt cho phản ứng oxy hóa điện hóa methanol/ethanol pin DAFC .10 I.2.3 Xúc tác sở Au-Pt/Graphene phản ứng oxy hóa điện hóa methanol/ethanol pin DAFCs 15 I.3 Phương pháp tổng hợp xúc tác sở Au-Pt/rGO 19 I.3.1 Phương pháp vật lí tổng hợp hạt nano Pt 20 I.3.2 Phương pháp điện hóa tổng hợp hạt nano Pt 21 I.3.3 Phương pháp hóa học 21 THỰC NGHIỆM .25 II.1 Nguyên liệu hóa chất 25 II.2 Thực nghiệm 25 II.2.1 Tổng hợp chất xúc tác 25 II.2.2 Các phương pháp đặc trưng tính chất hóa lý xúc tác 26 II.2.3 Đánh giá hoạt tính điện hóa xúc tác .29 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 III.1 Khảo sát sơ xúc tác AuPt/rGO với hàm lượng kim loại khác 33 III.2 Kết đặc trưng tính chất xúc tác Au2Pt5/rGO 39 III.2.1 Kết đặc trưng XRD 39 III.2.2 Kết đặc trưng SEM 41 III.2.3 Kết đặc trưng EDX 41 III.2.4 Kết đặc trưng TEM 43 III.3 Hoạt tính oxy hóa điện hóa ethanol xúc tác 44 III.4 Hoạt tính oxy hóa điện hóa methanol xúc tác 49 KẾT LUẬN & ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt AFC Alkaline Fuel Cell Pin nhiên liệu kiềm MCFC Molten Carbonate Fuel Cell Pin nhiên liệu muối carbonate nóng chảy PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell Pin nhiên liệu acid phosphoric PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell Pin nhiên liệu màng trao đổi proton SOFC Solid Oxide Fuel Cell Pin nhiên liệu oxit rắn DAFC Direct Alcohol Fuel Cell Pin nhiên liệu alcohol trực tiếp DMFC Direct Methanol Fuel Cell Pin nhiên liệu metanol trực tiếp DEFC Direct Ethanol Fuel Cell Pin nhiên liệu etanol trực tiếp GO Graphene Oxide Graphene Oxit rGO Reduced Graphene Oxide Graphene oxit khử TEM Transmission Electron Microscopy Hiển vi điện tử truyền qua SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi điện tử quét i