Ngoài ra do diện tích bề mặt lớn, độ dẫn điện tử rất tốt và độ ổn định hóa học cao trong môi trường làm việc của pin nhiên liệu càng làm cho CNT thích hợp sử dụng làm vật liệu nền xúc tá
Trang 1MỞ ĐẦU
Năng lượng là một trong những vấn đề cấp thiết nhất của nhân loại Nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ, khí tự nhiên …) đang là nguồn cung cấp năng lượng chính cho loài người Nhưng trước sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ khiến cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng gia tăng thì những nguồn năng lượng hóa thạch hiện nay lại đang dần cạn kiệt và không còn đủ cung cấp trong tương lai gần Không những thế việc sử dụng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch làm phát thải ra vô số các loại khí (khí cacbonic CO2, các oxit nitơ NOx, khí lưu huỳnh sunfua SO2, các hợp chất hữu
cơ dễ bay hơi ) gây ô nhiễm hệ sinh thái cũng như phá hủy tầng ozon bảo vệ trái đất
Các nhà khoa học trên toàn thế giới đã và đang đặt ra nhiều hướng nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng thay thế cho loài người Trong
đó, những hướng nghiên cứu về năng lượng xanh hơn, sạch hơn, bền vững hơn được ưu tiên hàng đầu, và năng lượng từ Pin nhiên liệu là một nguồn năng lượng như vậy Thời gian qua thế giới đã có những bước tiến dài về pin nhiên liệu, một số nước không còn tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm
mà đã có những sản phẩm thương mại ban đầu Vấn đề cần tập trung cải tiến
để sản phẩm có được công suất cao hơn, tốn ít nguyên vật liệu dùng chế tạo hơn (giúp sản phẩm nhẹ hơn, nhỏ hơn, giá thành thấp hơn) khiến cho pin nhiên liệu có thể dễ dàng sử dụng và phổ biến hơn
Tại Việt Nam, pin nhiên liệu vẫn là một đề tài khá mới mẻ, những nhóm nghiên cứu được thành lập chưa lâu, nhưng đã có một số kết quả khả quan Tuy đã có những kết quả ban đầu nhưng do hạn chế về nhiều điều kiện nghiên cứu nên kết quả vẫn chưa đạt được như sự kì vọng Một trong những khó khăn chính gặp phải là vật liệu xúc tác làm điện cực trong pin nhiên liệu
Trang 2chưa được sản xuất ở Việt Nam mà phải đặt hàng mua ở nước ngoài, vừa mất nhiều thời gian lại có chi phí rất cao Điều đó khiến cho nhiều thực nghiệm chưa được tiến hành tỉ mỉ, một số điều kiện chưa được khảo sát đầy đủ, cũng như giá thành một pin nhiên liệu đơn vẫn còn rất cao Những khó khăn thực tế gặp phải đặt ra yêu cầu cần chủ động nguồn nguyên vật liệu chế tạo pin nhiên liệu ngay trong nước đảm bảo chất lượng sử dụng tương đương với sản phẩm nước ngoài nhưng có giá thành rẻ hơn và thời gian đáp ứng nhanh hơn
Cacbon là vật liệu nền lí tưởng cho xúc tác pin nhiên liệu do có tỉ trọng nhẹ, độ dẫn tốt, độ bền vật liệu cao cũng như có kích thước nhỏ mịn với diện tích bề mặt rất lớn, nên phân bố Pt trên bề mặt cacbon làm giảm đáng kể lượng kim loại quí cần sử dụng Cacbon Black (một dạng thù của cacbon) từ lâu đã được sử dụng làm vật liệu xúc tác Pt/C Tuy nhiên do môi trường làm việc của pin nhiên liệu có độ axit cao, độ ẩm lớn, điện thế làm việc rơi vào 1.2 – 1.5V, bên cạnh đó là dòng nhiên liệu vào và ra liên tục khiến cho Cacbon Black bị rửa trôi nhanh chóng dẫn tới công suất pin nhiên liệu sụt giảm nghiêm trọng chỉ sau một thời gian sử dụng Để tăng cường độ bền cho xúc tác, các vật liệu cacbon mới được thử nghiệm thay thế Trong các vật liệu cacbon được nghiên cứu thì cacbon ống (CNT) có nhiều đặc điểm khác biệt
và thú vị hơn so với các loại khác Thay vì đẳng hướng như các dạng khác, CNT có tính bất đẳng hướng (cấu tạo này rất thích hợp sử dụng làm vật liệu nền xúc tác không đồng nhất) Ngoài ra do diện tích bề mặt lớn, độ dẫn điện
tử rất tốt và độ ổn định hóa học cao trong môi trường làm việc của pin nhiên liệu càng làm cho CNT thích hợp sử dụng làm vật liệu nền xúc tác trong pin
nhiên liệu Trên những yêu cầu thực tế đó em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá tính chất vật liệu xúc tác Pt/MWCNT sử dụng trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton”
Trang 3CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Khái niệm, cấu tạo và phân loại pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu là thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng Tùy vào nguồn nhiên liệu và phương pháp hoạt động có thể chia pin nhiên liệu thành một số loại chính sau:
Pin nhiên liệu axit photphoric (phosphoric acid fuel cell, PAFC)
Pin nhiên liệu alkali (Alkaline Fuel Cell, AFC)
Pin nhiên liệu muối cacbonat nóng chảy (Molten Cacbonate Fuel Cell, MCFC)
Pin nhiên liệu oxit rắn (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)
Pin nhiên liệu Kẽm – Không khí (Zinc-Air Fuel Cell, ZAFC)
Pin nhiên liệu sử dụng methanol trực tiếp (direct methanol fuel cell, DMFC)
Pin nhiên liệu sử dụng ethanol trực tiếp (direct ethanol fuel cell, DEFC)
Pin nhiên liệu màng trao đổi ion (polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)
Pin nhiên liệu tái sinh (Regenerative Fuel Cell, RFC)
Tuy sử dụng nhiều loại nhiên liệu đầu vào khác nhau dẫn đến quá trình thiết kế và vận hành của từng loại pin nhiên liệu khác nhau, nhưng cơ bản các loại pin nhiên liệu vẫn có cấu tạo và nguyên lí hoạt động giống nhau Hình 1.1
là sơ đồ cấu tạo của một pin nhiên liệu màng trao đổi proton
Trang 4Hình 1.1 Mô hình hoạt động của pin nhiên liệu màng trao đổi ion (PEMFC)
Một đơn pin nhiên liệu cần phải có 5 phần chính:
Lớp điện cực anốt vừa đóng vai trò điện cực âm của pin nhiên liệu, vừa có vai trò phân bố hydrogen
Lớp chất xúc tác anốt là nơi xảy ra quá trình oxy hóa hydrogen tạo ra ion hydro H+ và điện tử (có thể có thêm một số sản phẩm khác tùy vào loại pin nhiên liệu)
Lớp màng đóng vai trò trao đổi ion (ion hydro H+ hoặc ion oxy O2-) giữa lớp xúc tác anốt và lớp xúc tác catốt
Lớp xúc tác catốt là nơi xảy ra quá trình khử oxygen tạo ra ion oxy O2-
Lớp điện cực catốt đóng vai trò phân bố oxygen và là điện cực dương trong pin nhiên liệu
Trong đó, quan trọng nhất là lớp xúc tác anốt và xúc tác catốt vì hai lớp xúc tác này quyết định công suất cũng như tuổi thọ của pin nhiên liệu
1.2 Vật liệu xúc tác dùng trong pin nhiên liệu
Xúc tác là một chất được sử dụng với một lượng nhỏ trong phản ứng hóa học có tác dụng làm thay đổi tốc độ của phản ứng nhưng lại không làm thay đổi quá trình phản ứng Các yêu cầu về xúc tác dành cho pin nhiên liệu
Trang 5phải có hoạt tính xúc tác cao cho quá trình oxy hóa điện hóa bên mặt anốt và giảm O2- sinh ra bên catốt Bên cạnh đó cũng đòi hỏi phải có độ bền cao và có khả năng dẫn điện cao nhằm giảm điện trở giữa các lớp xúc tác, chi phí chế tạo thấp và có thể sản xuất với số lượng lớn, khả năng tái tạo cao
Chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sản xuất hóa chất Việc lựa chọn xúc tác hoặc tìm loại xúc tác mới đòi hỏi phải trải qua nhiều quá trình thử nghiệm phức tạp Các yêu cầu quan trọng của xúc tác đó
là hoạt tính cao, tính chọn lọc cao, có khả năng hoàn nguyên và có khả năng lọc rửa Các phần quan trọng khi điều chế xúc bao gồm chọn vật liệu làm xúc tác, lựa chọn nền, kiểu phản ứng, thành phần xúc tác, hình dáng xúc tác, nhiệt
và khả năng vận chuyển, tách khỏi sản phẩm, hoàn nguyên xúc tác và tinh chế
Vật liệu xúc tác lý tưởng cho các phản ứng HOR và ORR trong PEMFC là platin và các hợp kim của chúng Tuy nhiên, Pt là một kim loại quý và rất đắt nên việc sử dụng vật liệu xúc tác này sẽ làm tăng chi phí của PEMFC lên rất nhiều Đây là một trong hai trở ngại chính bên cạnh yếu tố độ bền làm hạn chế khả năng thương mại hóa rộng rãi của PEMFC trên thế giới
Để tăng tính cạnh tranh của PEMFC với các nguồn năng lượng tái tạo khác, các nghiên cứu nhằm làm giảm hàm lượng Pt sử dụng trong khi vẫn đảm bảo các tính chất và độ bền của PEMFC là rất cần thiết Công nghệ nano đang phát triển mở ra triển vọng để giải quyết vấn đề này Các hạt Pt xúc tác sử dụng đã được chế tạo có kích thước < 10nm và phân bố trên các hạt cacbon nền có kích thước vài chục nm Điều này góp phần làm tăng diện tích bề mặt làm việc của xúc tác lên đáng kể và làm tăng hoạt tính xúc tác Một số nghiên cứu khác tập trung vào thay thế Pt bằng các vật liệu rẻ tiền hơn như Pd, Ru,
Mo, nhằm làm giảm giá thành và cải thiện một số tính chất của PEMFC
Trang 61.2.1 Xúc tác anốt trong quá trình trao đổi proton trong pin nhiên liệu
Trong anốt của pin nhiên liệu thường dùng xúc tác là Platin bao gồm cả Platin đen hoặc Platin phủ trên nền cacbon Các vật liệu này hoạt động rất tốt khi sử dụng khí hydro tinh khiết nhưng lại bắt gặp những vấn đề không thuận lợi trong việc lưu trữ, sản xuất và cung cấp khí hydro Để giải quyết vấn đề đó người ta có lấy hydro bằng cách cracking mạch cacbon mạch dài như propan, khí thiên nhiên Tuy nhiên, việc chế tạo khí hydro từ khí thiên nhiên không phải là điều dễ dàng và quá trình này thường tạo ra sản phẩm phụ khí CO là loại chất độc nguy hiểm cho xúc tác Platin bởi nó hấp phụ mạnh trên bề mặt của xúc tác và ngăn cản quá trình oxy hóa Do đó, để tăng hiệu quả xúc tác, vật liệu xúc tác của anốt thường bổ sung thêm các kim loại khác như Ru, Mo,
Co, giúp chất xúc tác tránh bị ngộ độc bởi CO Trong các kim loại thì Ru
có khả năng làm việc tốt nhất khi thêm vào chất xúc tác Vậy sự xuất hiện của kim loại thứ hai đã giúp cho Platin vẫn có hoạt tính cao mà lại không bị ngộ độc bởi khí CO và đây đang là hướng nghiên cứu trọng điểm của các nhà khoa học trên thế giới nhằm đưa PEMFC gần hơn với cuộc sống
1.2.2 Xúc tác catốt trong quá trình trao đổi proton trong pin nhiên liệu
Trong catốt của màng trao đổi proton quá trình phản ứng của oxy là một quá trình gồm nhiều bước nối tiếp nhau bao gồm một loạt các phản ứng cùng gốc và các phản ứng đơn lẻ song song Thông thường đó là sự khử oxy trên Platin
1.3 Vật liệu cacbon nền cho xúc tác
Vật liệu nền có vai trò quan trọng với hiệu suất làm việc của xúc tác Điều này đã được nghiên cứu một cách tỉ mỉ với PEMFC bởi nó tiêu tốn một khối lượng lớn vật liệu quí dùng để điều chế xúc tác Những yêu cầu với nền dành cho điện xúc tác hoạt động nó phải là một loại cấu trúc có độ dẫn tốt, độ
Trang 7bền cao, vật liệu có kích thước nhỏ mịn Điều trọng tâm của quá trình phát triển vật liệu nền là làm tăng hiệu suất sử dụng của vật liệu xúc tác
Do Cacbon có giá tương đối thấp và có những đặc tính duy nhất như hình dạng khác nhau của bề mặt nhóm oxy, khả năng chống ăn mòn cao, bề mặt tiếp xúc lớn, tỷ trọng nhẹ và đặc biệt là dẫn điện tốt nên cacbon được sử dụng làm vật liệu nền cho điện xúc tác Những yêu cầu của cacbon dùng chế tạo nền cho điện xúc tác Platin như sau: bề mặt riêng lớn cho phép phân tán các hạt xúc tác kích thước nano với mật độ cao, khả năng kết dính cao, điện trở nhỏ giúp các electron dễ dàng di chuyển trong quá trình phản ứng điện hóa, cấu trúc xốp phù hợp cho diện tích tiếp xúc với nhiên liệu lớn nhất, có sự
hỗ trợ lẫn nhau giữa các hạt xúc tác kích thước nano với vật liệu nền Vai trò của cacbon làm vật liệu chuyển điện tích giữa sự phân tán của hạt xúc tác và giữ lại vật liệu quí
Đã có một vài loại cacbon được nghiên cứu dùng làm vật liệu nền cho chất xúc tác được thương mại hóa.Thông thường cacbon đen có độ dẫn điện cao nhất như Vulcan XC- 72 được sử dụng phổ biến làm vật liệu nền cho bề mặt riêng lớn, độ dẫn tốt và cấu trúc nhỏ mịn Gần đây, người ta đã tìm ra tính chất điện xúc tác trên nền cacbon với cấu trúc đồng nhất của graphit có hoạt động tốt và cải thiện đáng kể khả năng hoạt động của màng pin nhiên liệu Nói một cách cụ thể thì ngày càng nhiều các hạt cacbon kích thước nano được phát minh ra với những ưu điểm đặc biệt làm nền cho điện xúc tác Chất xúc tác được coi như là chất vận chuyển vật liệu không chỉ cung cấp cho hóa chất tinh khiết, làm ổn sự hoạt động của máy móc, tính dẫn điện cao nhưng nó cũng hình thành sự phân chia ranh giới
1.3.1 Vật liệu cacbon đen
Gần đây, cacbon đen được đưa vào sử dụng làm vật liệu nền cho xúc tác do có tuổi thọ dài Hiện nay, có hai loại cacbon đen được sử dụng: cacbon
Trang 8đen là cặn trong lò đốt dầu và cacbon đen chế tạo từ khí axetylen Cặn dầu trong lò đốt được sản xuất từ phần còn lại của dầu thơm trong nhà máy lọc dầu và cacbon đen chế tạo từ quá trình đốt cháy của khí axetylen Thông thường cacbon đen thu được trong lò đốt dầu có bề mặt nằm trong khoảng từ
20 – 1500 m2/g trong khi đó cacbon đen thu được từ quá trình đốt khí axetylen có bề mặt thấp hơn 100 m2/g
Cacbon Vulcan XC – 72 là một loại bột có độ phân tán cao được sản xuất theo phương pháp nhiệt phân pha hơi của các hydrocacbon và bao gồm các phân tử cacbon đầu tiên có dạng hình cầu và ở kích thước dạng keo Cacbon Vulcan XC – 72 có kích thước hạt nằm trong khoảng 30 – 50nm và
bề mặt riêng từ 250 – 300 m2/g
1.3.2 Vật liệu Cacbon ống
Các ống nano cacbon (Cacbon ống - CNT) là các dạng thù hình của cacbon Một ống nano cacbon đơn lớp là một tấm than chì độ dày một- nguyên tử cuộn tròn lại thành một hình trụ liền, với đường kính cỡ nanomet Điều này xảy ra trong các cấu trúc nano mà ở đó tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính vượt trên 10.000 Các phân tử cacbon hình trụ đó có các tính chất thú vị làm cho chúng có khả năng hữu dụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, công nghiệp điện tử, quang học, và một số ngành khoa học vật liệu khác Chúng thể hiện độ bền đáng kinh ngạc và các tính chất điện độc đáo, và độ dẫn nhiệt hiệu quả Các ống nano vô cơ cũng đã được tổng hợp Có hai loại ống nano cacbon chính: ống nano đơn lớp (Single wall - SWCNT)
và ống nano đa lớp (Multi wall - MWCNT)
Phần lớn các ống nano đơn lớp (SWCNT - Single Wall Ống) có đường kính gần 1 nanomet, với độ dài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần như vậy Cấu trúc của một SWCNT có thể được hình dung là cuộn một lớp than chì độ dày một- nguyên tử (còn gọi là graphene) thành một hình trụ liền Ống nano
Trang 9đơn lớp là loại ống nano cacbon cực kì quan trọng bởi chúng thể hiện các tính chất điện quan trọng mà không ống nano đa lớp nào có được Các ống nano đơn lớp là ứng cử viên sáng giá trong việc thu nhỏ kích thước sản phẩm ngành cơ điện từ cỡ micro hiện nay xuống còn nano Ống cacbon nano đa lớp (Multi Wall - MWCNT) gồm nhiều lớp than chì đồng tâm hình trụ ghép lại (xem hình 1.2)
Hình 1.2 Mô hình cấu tạo SWCNT
Trang 10Hình 1.3 Mô hình vật liệu MWCNT
Cacbon nano đa hình cơ bản được hình thành từ xếp đồng tâm của cacbon đơn hình tạo thành các ống hình trụ, giữa các vòng khác nhau sự ngăn cách giữa chúng đều nhau giống như giữa các lớp grafit trong tự nhiên Trong một số cấu trúc phúc tạp hơn, sự khác biệt giữa cacbon đơn hình và cacbon đa hình khác nhau khá lớn về hình dạng (chiều dài và sự đối xứng) Về hình dạng của cacbon đa hình điển hình tỷ lệ của chiều dài của nó dài gấp hàng trăm lần so với chiều rộng với đường kính ngoài phổ biến ở 10nm Nhiều loại cacbon nano hiện đang được xem xét hoặc đưa vào thực tế sử dụng dạng đa hình bởi người ta có thể sản xuất dễ dàng với số lượng lớn và đó là câu trả lời
về mặt giá cả và khả năng sử dụng rộng rãi
1.4 Các phương pháp điều chế xúc tác
Trong hai thập kỷ qua, có nhiều nghiên cứu về điều chế xúc tác Pt/C cho pin nhiên liệu Các nghiên cứu này chỉ ra rằng diện tích bề mặt và hoạt tính xúc tác của Pt/C phụ thuộc mạnh vào phương pháp điều chế Đối với điều
Trang 11chế xúc tác Pt trên nền cacbon, có một số các phương pháp được sử dụng phổ biến bao gồm: kết tủa hóa học, các quá trình polyol, mạ điện, kỹ thuật phún
xạ, nhũ tương, Pechimi
1.4.1 Phương pháp kết tủa hóa học
Một phương pháp hứa hẹn để tổng hợp có tiềm năng trong cải thiện các tính chất vật liệu xúc tác đề cập ở trên là phương pháp kết tủa hóa học Kết tủa hóa học là quá trình điều chế xúc tác nhờ dùng một chất khử để khử một muối kim loại trên các vị trí đặc biệt của bề mặt xúc tác hoặc có thể là một nền hoạt động hay là một nền trơ làm mầm cho một kim loại xúc tác hoạt hóa Kết tủa hóa học sử dụng phổ biến thay cho phương pháp mạ điện và nó cũng được gọi là mạ hóa học Mạ là một quá trình liên quan đến tạo thành một lớp kim loại mỏng đồng đều Mạ hóa học có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như điện tử, vật liệu chịu ăn mòn và mài mòn, thiết bị y sinh và công nghệ pin Kết tủa Pt hóa học trở nên phổ biến trong công nghệ mạ và được dùng trong nhiều điều kiện ở đó mạ điện không đủ chính xác để kết tủa đồng đều Tuy nhiên, kết tủa lựa chọn và được khống chế, ngược với mạ liên tục, có nhiều ứng dụng trong vật liệu xúc tác được khám phá gần đây
1.4.2 Các quá trình Polyol
Tính chất của các xúc tác có thể được cải thiện nhiều bằng đạt được kích thước nano, phân bố đồng đều và lượng xúc tác cao trên diện tích bề mặt cacbon lớn Các công nghệ chế tạo thông thường cho các xúc tác trên nền cacbon dựa trên sự thấm ướt sau đó khử trong môi trường H2 tại nhiệt độ cao hay khử hóa học của muối kim loại sử dụng các chất khử Tuy nhiên, các phương pháp này không thể khống chế đầy đủ kích thước hạt và độ phân bố của vật liệu xúc tác Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra sự khó khăn khi tạo lượng xúc tác hoạt tính cao mà không tăng nhiều kích thước hạt Các nghiên cứu sâu hơn đã được thực hiện để phát triển các phương pháp thay thế đối với chế tạo
Trang 12các xúc tác Pt bằng phương pháp keo sử dụng các chất ổn định khác nhau.Trong các cố gắng này, một chất ổn định được sử dụng để ngăn sự kết tụ của các hạt kim loại trong các bước tạo mầm và phát triển mầm Các chất ổn định hữu cơ như polyvinyl pirrolidone và chất hoạt động bề mặt dodecyldimethyl (3-sulfo-propyl) aluminum hydroxyl được sử dụng rộng rãi
để chế tạo keo kim loại Vấn đề nghiêm trọng của quá trình này là vật liệu ổn định hữu cơ vẫn còn trên bề mặt keo kim loại Điều này có thể được loại bỏ trước khi sử dụng các hạt xúc tác cho ứng dụng điện hóa Loại bỏ vật liệu hữu
cơ rất quan trọng do nó cản trở sự tiếp cận của nhiên liệu tới các vị trí hoạt hóa Nhìn chung, loại bỏ các chất hữu cơ đều liên quan đến xử lý nhiệt Tiếp theo, do ảnh hưởng thiêu kết, sự tách pha và sự phân bố kích thước hạt bị ảnh hưởng làm giảm tính chất xúc tác Trong vấn đề này, chế tạo bằng phương pháp polyol được quan tâm do có một số ưu điểm Quá trình polyol là công nghệ trong đó polyol là ethylene glycol được dùng với cả hai vai trò làm dung môi và chất khử Phương pháp polyol được sử dụng để chế tạo các hạt kim loại nano và sợi nano Tính chất cổ điển của quá trình polyol là không đòi hỏi chất ổn định hữu cơ Trong quá trình polyol sử dụng ethylene glycol, các ion kim loại bị khử để tạo thành keo kim loại do nhận điện tử do sự ôxy hóa của ethylene glycol thành axit glyconic Axit glyconic có mặt trong dạng bị mất proton như anion gluconate trong dung dịch kiềm Nó được tin là anion gluconate đóng vai trò như một chất ổn định bởi hấp phụ các keo kim loại
1.4.3 Phương pháp mạ điện
Phương pháp mạ điện được sử dụng để gắn các hạt Pt lên nền cacbon được phát triển bởi nhiều nhóm nghiên cứu để cải thiện sự sử dụng Pt và giảm lượng Pt Trong phương pháp này, Pt được mạ lên các nền cacbon được phủ Nafion trong một dung dịch mạ Các ion Pt có thể khuếch tán qua bề mặt của lớp phủ Nafion vào trong nền cacbon để tạo thành các hạt Pt Các hạt Pt nhỏ
Trang 13hơn với đường kính nhỏ hơn 4– 5nm có thể được kết tủa lên trên bề mặt cacbon để tạo thành xúc tác Pt/C Các kênh dẫn ion bên trong lớp phủ Nafion
có thể đóng vai trò như đường dẫn khuếch tán cho các ion Pt Các hạt Pt kích thước trong khoảng 2- 3.5 nm với lượng Pt nhỏ hơn 0.05 mg/cm2 cũng có thể nhận được Các thử nghiệm điện hóa chỉ ra một sự tăng gấp 10 lần trong hoạt tính cho ORR đã đạt được khi so sánh với một điện cực xúc tác phổ biến của E-TEK Kết quả này có thể do sự tăng hiệu quả sử dụng Pt Tuy nhiên, phương pháp này bị giới hạn bởi sự khuếch tán của các ion Pt qua các kênh dẫn ion Nafion
1.4.4 Phương pháp phún xạ
Gần đây, phương pháp phún xạ được khám phá để chế tạo xúc tác catốt cho pin nhiên liệu với mục đích giảm lượng Pt và tăng hiệu quả sử dụng Sử dụng thiết bị phún xạ có thể chế tạo được lớp vật liệu xúc tác với chiều dày có thể giảm tới 1nm Công nghệ phún xạ đã được xem như một phương pháp mới để chế tạo điện cực catốt hàm lượng Pt thấp kích thước nhỏ và đồng đều Phương pháp này cũng có thể tạo một lớp xúc tác mỏng hơn có tính chất catốt cho pin nhiên liệu cao hơn với cùng thời gian, giảm đáng kể lượng Pt Tuy nhiên, với sản xuất khối lượng lớn kỹ thuật phún xạ có thể phải đối mặt với nhiều thách thức
1.4.5 Phương pháp nhũ tương
Phương pháp nhũ tương được sử dụng đầu tiên để chế tạo các hạt phân tán mono (trong khoảng kích thước 3- 5nm) của Pt, Pd, Rh và Ir bởi khử các muối kim loại hòa tan trong bể nước nhũ tương micro với H2 hay hydrazine Phương pháp cần các điều kiện sau: (1) độ hòa tan của các muối không nên bị giới hạn bởi các tương tác riêng với dung môi hay chất hoạt động bề mặt và (2) chất khử chỉ nên phản ứng duy nhất với muối Một hỗn hợp nhũ tương điển hình bao gồm chất hoạt động bề mặt 20% wt trong iso-octane và 5-10%
Trang 14nước Để chế tạo hỗn hợp các hạt kim loại Pt-Ru và hỗn hợp Pt-Pd, các dung dịch axit chloroplatinic, ruthenium chloride và palladium chloride đã được sử dụng để chuẩn bị dung dịch nhũ tương Sự khử của các muối kim loại với hydrazine tại nhiệt độ phòng gây ra sự tạo thành các hạt kim loại và các hạt oxit kim loại Nhũ tương nhận được của các hạt kim loại là rất bền Vì vậy, hóa chất tetrahydrofuran thường được thêm vào huyền phù và một xử lý siêu
âm được sử dụng để làm mất ổn định huyền phù và nhận được các hạt xúc tác trên nền than Xúc tác nhận được rửa vài lần với ethanol để loại các chất hữu
cơ dư và sau đó được nung trong hỗn hợp khí 50% N2 và 50% H2 tại 300oC trong 2h Các kết quả nghiên cứu trên vật liệu xúc tác chế tạo bằng phương pháp nhũ tương chỉ ra đây là một phương pháp hứa hẹn cho chế tạo xúc tác của pin nhiên liệu Phương pháp này cho phép được sự phân bố kích thước hạt đồng đều với kích thước trung bình nhỏ hơn so với các xúc tác chế tạo bằng sự thấm
1.5 Vật liệu xúc tác Pt/MWCNT
Nhằm cải thiện tính chất ăn mòn của cacbon của vật liệu xúc tác Pt/C trong PEMFC, vật liệu xúc tác Pt/CNT đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu tổng hợp Hầu hết các báo cáo đều lạc quan về CNT do hoạt tính cao các kim loại trên nền CNT Khi sử dụng làm vật liệu xúc tác trong pin nhiên liệu ở nhiệt độ thấp, các xúc tác Pt và Pt-M trên nền CNT có hoạt tính cao hơn so với xúc tác này cùng loại trên cacbon Vulcan Sự tăng hoạt tính này có thể giải thích bởi nhiều yếu tố khác nhau:
Bản chất tinh thể của CNT cho phép các ống cacbon đóng vai trò là một nền dẫn tốt Độ dẫn cao hơn của CNT góp phần nâng cao hoạt tính của điện cực kim loại trên nền CNT Tuy nhiên cần chú ý rằng quá trình tạo các nhóm chức trên CNT sẽ làm giảm độ dẫn của chúng Các nghiên cứu của Bekyarova và các đồng nghiệp đã chỉ ra khi biến tính SWCNT với
Trang 15octadecylamine và poly(m-aminobenzensulfonic) (PABS) đã làm giảm kể độ dẫn điện từ 250 - 400 S cm-1 xuống 3 và 0.3 S cm-1
Các hốc rỗng và lớp graphite ở không gian bên trong sẽ làm tăng khả năng nhận được nhiên liệu so với các vật liệu nền thông thường Vật liệu nền cacbon Vulcan có các lỗ phân bố ngẫu nhiên với kích thước khác nhau làm cho sự khuếch tán của năng lượng vào sản phẩm là khó trong khi hình thái học bề mặt dạng trụ của các ống cacbon khác sẽ làm cho khuếch tán năng lượng rõ ràng hơn
Những khác biệt hóa học giữa CNT và cacbonđen gây ra sự sắp xếp phẳng Pt trên bề mặt CNT Hình dạng này của tinh thể Pt dẫn đến sự giảm năng lượng hấp phụ hydro Sự giảm năng lượng hấp phụ có thể do sự thấp hơn của các phân lớp d gây ra bởi hằng số mạng Tuy nhiên sự thay đổi của các phân lớp của phân lớp d không chỉ là do sự khác biệt trong hằng số mạng
mà còn là do sự tăng chuyển điện tích từ các tâm móc xích của Pt Những thay đổi trong tính chất điện tử này có thể là nguyên nhân làm nâng cao của các phản ứng điện hóa
Cấu trúc của các ống cacbon sẽ làm tăng các tâm hoạt hóa đặc biệt ở
đó các tinh thể Pt được gắn và các tâm này Vật liệu cacbonđen thường có tâm cân bằng thế và vì vậy hầu hết các tâm Pt có hoạt hóa trung bình Cấu trúc hình trụ của cacbon ống có thể cung cấp các tâm hoạt hóa để gắn kết các tinh thể Pt và vì vậy hoạt tính của xúc tác có thể là khác biệt so với những gì nhận được từ nền cacbonđen thông thường
Sự có mặt của các pha tinh thể đặc biệt ví dụ như Pt(1.1.0) của xúc tác PtRu trên nền MWCNT Pt khác nhau trên MWCNT có thể là nguyên nhân làm tăng hoạt tính oxi hóa của methanol Maiyalagan đã ghi nhận rằng các xúc tác Pt/MWCNT có hoạt tính cao hơn 10 lần so với nền Vulcan
Trang 16 Hoạt tính xúc tác cao của Pt/MWCNT có thể do sự phân tán cao hơn
và tương tác tốt giữa nền và các hạt Pt
Môt số nghiên cứu so sánh chi tiết giữa SWCNT và MWCNT để hiểu loại nào là vật liệu nền tốt hơn cho xúc tác Trong DMFC các hạt Pt được phủ trên nền điện cực MWCNT/Nafion và SWCNT/Nafion để nâng cao ảnh hưởng của vật liệu cacbon lên tính chất vật lý và điện hóa của xúc tác Pt Các đường cong CV hấp phụ CO thể hiện rằng các pic điện thế và kích thước của pic của xúc tác Pt-SWCNT/Nafion tiết lộ khả năng chống ngộ độc CO của Pt trong hệ xúc tác Pt/SWCNT/Nafion Trong phản ứng oxi hóa methanol xúc tác Pt- SWCNT/Nafion được đặc trưng bởi một mật độ dòng cao hơn nhiều Điện thế thấp hơn và điện trở chuyển điện tích thấp hơn Vì vậy SWCNT thể hiện nhiều ưu điểm hơn MWCNT và sẽ là một vật liệu nền cho xúc tác pin nhiên liệu Các xúc tác hoạt tính cao hơn đã được thảo luận dựa trên hiệu quả
sử dụng và sự hoạt hóa cao hơn của kim loại Pt trên điện cực SWCNT/Nafion Các lợi ích có thể ghi nhận được từ SWCNT có thể được giải thích sâu hơn bởi diện tích chấp nhận điện hóa cao hơn và chuyển điện tích dễ hơn tại bề mặt phân chia điện cực và chất điện ly do tinh thể graphite của SWCNT độ giàu của nhóm chức chứa oxi và cấu trúc 3D xốp cao Carmo
và các đồng nghiệp đã thử nghiệm hoạt tính xúc tác PtRu trên nền SWCNT, MWCNT và Vulcan XC-72 làm vật liệu anode trong DMFC Tranh cãi với kết quả của Wu và Xu hoạt tính MOR được sắp xếp theo thứ tự PtRu/MWCNT > PtRu/C > PtRu/SWCNT
Độ bền của các xúc tác trên nền CNT là một thông số quan trọng trong ứng dụng thực tế của vật liệu xúc tác Maiyalagan và các đồng nghiệp đã nghiên cứu độ bền của các điện cực khác nhau bằng các phép đo dòng tức thời trong H2SO4/CH3OH tại 0.6V Điện cực Pt/CNT là bền nhất cho oxi hóa methanol Thứ tự tăng dần độ bền của các điện cực Pt < Pt/Vulcan < Pt/CNT
Trang 17Wang và đồng nghiệp cũng đã chỉ ra rằng CNT đa tường có thể có độ bền cao hơn so với tuổi thọ của XC-72 Điều nay là do sự tạo thành oxit bề mặt trên MWCNT ít hơn và dòng ăn mòn thấp hơn 30% ở điều kiện nghiên cứu Do độ bền ăn mòn cao MWCNT có tổn thất diện tích bề mặt Pt và hoạt tính cho phản ứng khử oxi hóa thấp hơn khi sử dụng làm nền cho xúc tác pin nhiên liệu Độ bền dài hạn của các hạt PtRu/MWCNT và trên cacbon đen cho phản ứng ôxy hóa methanol cũng đã được so sánh bởi Prabhuam và các đồng nghiệp khi các thử nghiệm đo dòng tức thời trong dung dịch H2SO4 0.5 M chứa methanol trong 3000s đã được thực hiện Các quan sát đường cong tức thời tiết lộ rằng dòng thế tĩnh giảm rất nhanh đối với xúc tác PtRu/MWCNT Theo các tác giả điều này có thể do sự khử hoạt hóa cao hơn của các pha thay thế Pt(1.1.0) bởi các khí CO hấp thụ trong quá trình phản ứng oxi hóa methanol Tuy nhiên, tại thời gian dài mặc dù dòng giảm đều đối với tất cả các xúc tác, xúc tác PtRu/MWCNT vẫn duy trì giá trị dòng điện cao hơn so với chất xúc tác trên nền cacbon đen Cuối cùng, Girishkumar đã tìm ra bằng thử nghiệm độ bền gia tốc thực hiện trong dung dịch HClO4 sử dụng Pt/SWCNT và Pt/C của điện cực đĩa là SWCNT làm tăng độ bền của xúc tác trong thời gian sử dụng dài Mặc dù Pt/C có diện tích bề mặt hoạt hóa điện hóa cao hơn so với Pt/SWCNT trước khi thử nghiệm, giá trị bề mặt điện hóa ESA của Pt/C giảm liên tục khi quét thế chu kỳ và cuối cùng giảm thấp hơn
so ESA của Pt/SWCNT Sau 36h thử nghiệm, xúc tác Pt/C tổn hao 50% trong khi Pt/SWCNT chỉ tổn thất duy nhất 16% của ESA Các kết quả này chỉ ra rằng độ tái tinh thể thấp hơn so với Pt/C của các hạt Pt/SWCNT và độ bền cao hơn của liên kết giữa SWCNT với các hạt xúc tác kim loại Pt Theo các tác giả trong các thử nghiệm độ bền gia tốc này SWCNT là một vật liệu nền hiệu quả để liên kết các hạt Pt và thêm nữa hoạt tính xúc tác được cải thiện SWCNT đã làm ảnh hưởng sự tích tụ Pt trong quá trình thử nghiệm Tóm lại
Trang 18các kết quả về độ bền của xúc tác Pt/CNT là rất tiềm năng Những nghiên cứu sâu hơn đặc biệt trong các pin nhiên liệu đơn cần được thực hiện để xác nhận
độ bền dài hạn tốt của CNT khi làm vật liệu nền cho xúc tác trong pin nhiên liệu
Trang 19CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Mặc dù phát triển trước nhưng đến bây giờ TEM mới tỏ ra có ưu thế hơn SEM trong lĩnh vực vật liệu mới Nó có thể dễ dàng đạt được độ phóng đại 400.000 lần với nhiều vật liệu và với các nguyên tử nó có thể đạt được độ phóng đại tới 15 triệu lần Cấu trúc của thiết bị TEM khá giống với một máy chiếu (projector), một chùm sáng được phóng qua xuyên phim (slide) và kết quả thu được sẽ phản ánh những chủ đề được thể hiện trên đó, hình ảnh sẽ được phóng to và hiển thị lên màn chiếu Các bước của ghi ảnh TEM cũng tương tự chiếu một chùm electron qua một mẫu vật, tín hiệu thu được sẽ được phóng to và chuyển lên màn huỳnh quang cho người sử dụng quan sát Mẫu vật liệu chuẩn bị cho TEM phải mỏng để cho phép electron có thể xuyên qua giống như tia sáng có thể xuyên qua vật thể trong hiển vi quang học, do đó việc chuẩn bị mẫu sẽ quyết định tới chất lượng của ảnh TEM
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua
Trang 20 Một chùm electron được tạo ra từ nguồn cung cấp
Chùm electron này được tập trung lại thành dòng electron hẹp bởi các thấu kính hội tụ điện từ
Dòng electron đập vào mẫu và một phần sẽ xuyên qua mẫu
Phần truyền qua sẽ được hội tụ bởi một thấu kính và hình thành ảnh
Ảnh được truyền từ thấu kính đến bộ phận phóng đại
Cuối cùng tín hiệu tương tác với màn hình huỳnh quang và sinh ra ánh sáng cho phép người dùng quan sát được ảnh Phần tối của ảnh đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu dày hoặc có mật độ cao) Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có mật độ thấp)
Tuy có độ phóng đại và độ phân giải cao hình ảnh của TEM không thể hiện được tính lập thể của vật liệu Nhiều trường hợp người ta sử dụng kết hợp phương pháp SEM và TEM để khai thác những ưu điểm của hai phương pháp này
Trong các phương pháp hiển vi điện tử, khi các electron va chạm với hạt nhân nguyên tử của mẫu sẽ xảy ra hàng loạt các hiệu ứng khác nhau và dựa trên những hiệu ứng này người ta có thể kết hợp hiển vi điện tử với các phương pháp phân tích định tính cũng như định lượng
Trong nghiên cứu này, các mẫu bột xúc tác được đo TEM trên máy JEM 1010 của Viện Vệ sinh Dich tễ Trung ương
2.2 Phương pháp phổ kế tán sắc năng lượng (X – ray energy dispersive spectroscope - EDS)
Phương pháp này thuộc vào loại các phương pháp vi phân tích bằng mũi dò điện tử, chúng có khả năng ghi và định lượng tia X đặc trưng phát xạ khi các điện tử tương tác với mẫu khối Chúng thường được thiết kế hợp với kính hiển vi điện tử quét SEM có các phổ kế để ghi nhận và phân biệt tia X
Trang 21phát xạ, từ đó có thể xác định được thành phần hóa học với thể tích phân tích
từ khoảng 10-21 đến 10-18 m3
Hình 2.2 Cấu tạo chính của hệ thống phổ kế tán sắc năng lượng EDS
Trong đó, đetectơ là một điot silic có miền loại p được làm rất mỏng để tia X từ mẫu có thể đi tới miền chuyển tiếp pn đã được mở rộng nhờ pha tạp Liti tới chiều dày đủ lớn (2- 3 mm) để hấp thụ tia X trong khoảng năng lượng quan tâm Điện áp âm được đặt vào miền p và miền n được nối với bộ tiền khuếch đại Toàn bộ hệ đetecto được đặt trong chân không và giữ ở nhiệt độ nitơ lỏng để giảm tối đa các tín hiệu sinh ra đo nhiệt
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị như sau Khi không có photon tia X thì không có dòng chạy qua đetectơ vì nó hoạt động như một điot phân cực ngược Khi photon tia X đi vào chuyển tiếp pn mở rộng nó sẽ cung cấp năng lượng cho điện tử quang làm bật điện tử này ra khỏi nguyên tử silic Quá trình ion hóa đó đã tạo nên các cặp điện tử - lỗ trống Các cặp điện tử - lỗ trống được tạo ra trong silic chạy về các điện cực và chuyển thành xung điện áp cho đầu vào của bộ tiền khuếch đại Xung này được khuếch đại và tạo dáng nhờ
Trang 22bộ khuếch đại chính nối với bộ phân tích nhiều kênh, ở đó số liệu được xử lý
để tạo thành phân bố biên độ xung tỷ lệ với năng lượng tia X Phân bố này được lưu trên máy tính và hiển thị trên màn hình dưới dạng phổ năng lượng
Nhờ việc đồng nhất các phổ thu được với mẫu phổ chuẩn mà ta có thể đưa ra được tên của nguyên tố tại vị trí phổ đó Có hai phương pháp phân tích định lượng để xác định hàm lượng phần trăm của nguyên tố có trong mẫu Phương pháp thứ nhất là dựa trên cơ sở mẫu chuẩn đồng nhất có thành phần
đã biết giống như hệ hợp kim cần phân tích Phương pháp thứ hai dựa trên các mẫu chuẩn nguyên chất và hiệu chỉnh tính toán theo công thức
IA/IAs = (ZAF)CA Trong đó :
- IA, IAs tương ứng là cường độ tia X phát ra từ nguyên tố A trong mẫu
và từ nguyên tố A nguyên chất
- CA là nồng độ trọng lượng của nguyên tố A trong mẫu
- Z, A, và F tương ứng là các thừa số hiệu chỉnh nguyên tử số, hấp thụ
Trang 23điện thế Vì điện thế biến thiên tuyến tính nên cách ghi trên cũng tương đương với ghi dòng theo thời gian
Theo đồ thị trên thì biến thiên điện thế theo thời gian có thể xác định theo các công thức sau:
v – Tốc độ quét thế 0,000 (V/s) – 1000 (V/s)
- Thời điểm đổi chiều quét thế (s)
- Thời gian (s) d
- điện thế ban đầu (V)
φd
Hình 2.3 Đồ thị quét thế vòng cyclic voltametry
Sơ đồ cấu tạo của hệ đo điện hóa được hình vẽ minh họa như sau:
Hình 2.4 Hệ điện hóa dùng để quét thế vòng tuần hoàn CV
Trang 24Quá trình nghiên cứu thường tiến hành hệ ba điện cực:
Điện cực làm việc (Working electrode – WE): là điện cực mà ta cần nghiên cứu tính chất điện hoá
Điện cực đối (Counter electrode – CE): thường là điện cực Pt vì điện cực này có tính chất bền hóa và độ ổn định cao
Điện cực so sánh (Reference electrode – RE): là điện cực để lấy chuẩn điện thế như điện cực Calomen, điện cực bạc clorua …
Xét quá trình sau: O + ne ↔ R Nếu quét từ điện thế đầu tiên φđ dương hơn điện thế cực tiêu chuẩn danh nghĩa φ’o (ta dùng φ’o khi sử dụng nồng độ thay vì hoạt độ trong công
) thì chỉ có dòng không Faraday đi qua
Khi điện thế đạt tới φ’o sự khử bắt đầu và có dòng Faraday đi qua Điện thế càng dịch về phía âm, nồng độ bề mặt của chất O giảm xuống và sự khuếch tán tăng lên, do đó dòng điện cũng tăng lên Khi nồng độ chất O giảm xuống đến 0 ở sát bề mặt điện cực thì dòng điện đạt giá trị cực đại, sau đó lại giảm xuống vì nồng độ chất O trong dung dịch giảm xuống Khi quét thế ngược lại về phía dương, chất R bị oxy hoá thành O khi điện thế quay về đến φ’o và dòng anốt đi qua
i
O + ne → R ipc
φpa ipa φpc φλ -φ
R → ne + O
Hình 2.5 Quan hệ giữa dòng và điện thế trong quét thế vòng (CV)
Trang 25ipa, ipc là dòng điện cực đại anốt và catốt φpa , φpc là điện thế cực đại anốt và catốt λ , φλ là thời điểm và điện thế bắt đầu quét ngược lại
Khi đó sẽ xuất hiện một cực đại:
Ip = k.n2/3.D1/2.C.v1/2Trong đó: k - hằng số Randles-Sevcide;
n - số điện tử trao đổi;
D - hệ số khuếch tán;
C - nồng độ chất;
Với quá trình thuận nghịch, dòng cực đại catốt :
Ipc = - 2,69.105.n2/3.D1/2.Co.v1/2Trong quá trình khảo sát, khi ta thay đổi tốc độ quét thế thì điện lượng chuyển qua bề mặt điện cực cũng biến thiên Chính vì vậy, nên khống chế tốc
độ quét thế là hằng số để điện lượng chuyển qua điện cực biến thiên ít, như vậy quá trình không bị thay đổi nhiều
Trong nghiên cứu đánh giá vật liệu xúc tác của PEMFC, phương pháp
CV là một trong các phương pháp hiệu quả nhất Hình 2.6 là một đồ thị CV minh họa trong nghiên cứu đánh giá hoạt tính của vật liệu xúc tác Pt/C
Hình 2.6 Đồ thị CV điển hình trong đánh giá hoạt tính xúc tác
của vật liệu Pt/C
Trang 262.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ…) là phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là các hợp chấp hoá học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại Sau khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hoá học dao động với nhiều vận tốc dao động khác nhau và xuất hiện chùm phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá học Bởi vậy phổ hồng ngoại của một hợp chất hoá học được coi như "dấu vân tay", có thể căn cứ vào đó để nhận dạng chúng Như vậy, phương pháp phân tích phổ hồng ngoại cung cấp những thông tin quan trọng về các dao động của các phân tử, do đó là thông tin về cấu trúc của các phân tử
Trang 27- Pipet 10ml, panh gắp, bình tia nước cất
- Giấy đo pH, giấy nhám loại 600, 800, 1500
- Bộ ổn nhiệt có khuấy từ, nhiệt kế thủy ngân 100oC
- Bộ giá và kẹp
- Cân phân tích XT 220A của Precisa Instrucments độ chính xác 10-4g
- Giấy cân, lò nung, máy siêu âm
6 Cacbon ống
Trang 283.2 Chuẩn bị điện cực cho các phép đo điện hóa
3.2.1 Chuẩn bị mực xúc tác
Các vật liệu xúc tác dạng bột được trộn lẫn với các hóa chất tạo thành hỗn hợp mực xúc tác dùng để chuẩn bị điện cực làm việc cho các phép đo điện hóa có thành phần như sau:
2 ml isopropyl alcohol
16.2 µl Nafion
Siêu âm trong 1h
3.2.2 Chuẩn bị điện cực làm việc
Các tấm cabon grafit lớn kích thước 10x4x1cm được cắt ra thành các tấm nhỏ hình trụ có diện tích bề mặt 1.5cm2 Điện cực được mài nhẵn lần lượt bằng các loại giấy nhám cỡ 600, 800 và 1500 Sau đó mẫu được siêu âm trong nước cất 30 phút, rửa lại bằng nước cất một lần và tiếp tục siêu âm trong cồn thời gian 30 phút Tiếp theo, mẫu sẽ được rửa sạch và sấy khô đến khối lượng không đổi ở 80oC
Mực xúc tác được nhỏ lên trên bề mặt mẫu bằng cách sử dụng pipet Mực xúc tác được nhỏ liên tục cho đến khi đạt được mật độ Pt trên mẫu 0.4 mg/cm2 Cuối cùng mẫu được sấy khô tại 100oC trong thời gian 1h
Các phép đo CV được thực hiện trong hệ điện hóa 3 điện cực sử dụng điện cực so sánh là SCE và điện cực đối là Pt Diện tích điện cực làm việc được khống chế 1cm2 Điện cực đĩa quay được khống chế tốc độ là 1000 vòng/phút Máy đo điện hóa là Parstat 2273 của Mỹ