Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu phát triển các vật liệu xúc tác Pt/C và hợp kim Pt-M/C kích thước nanô có hoạt tính và độ bền cao ứng dụng trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton sử dụng trực tiếp nhiên liệu hyđrô PEMFC. Nghiên cứu phát triển bộ pin nhiên liệu PEMFC đơn có mật độ công suất cao với diện tích làm việc 5cm2. Lựa chọn qui trình tối ưu tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C có hoạt tính và độ bền cao làm vật liệu điện cực trong PEMFC. Mời các bạn tham khảo!
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỖ CHÍ LINH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÚC TÁC Pt VÀ HỢP KIM Pt CÓ KÍCH THƯỚC NANƠ TRÊN NỀN VẬT LIỆU CACBON ÁP DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỖ CHÍ LINH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÚC TÁC Pt VÀ HỢP KIM Pt CĨ KÍCH THƯỚC NANƠ TRÊN NỀN VẬT LIỆU CACBON ÁP DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 62.44.01.29 Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thi San TS Nguyễn Ngọc Phong Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn TS Phạm Thi San TS Nguyễn Ngọc Phong tận tình đạo hướng dẫn em suốt trình hồn thành luận án Tơi xin chân thành cám ơn Ban Lãnh đạo Bộ phận đào tạo Viện Khoa học vật liệu giúp đỡ suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn đồng nghiệp Phòng Ăn mòn Bảo vệ vật liệu – Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam đồng hành, động viên giúp đỡ tơi q trình thực luận án Tôi xin gửi lời cám ơn đặc biệt tới Dr Chang Rae Lee, Chương trình hợp tác KIMS – ASEAN Viện Khoa học vật liệu Hàn Quốc KIMS tạo điều kiện cho thực ý tưởng nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin cám ơn gia đình, người thân bạn bè động viên giúp đỡ suốt thời gian học tập i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu trước Hà Nội, ngày 02 tháng năm 2018 Tác giả luận án Đỗ Chí Linh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xiv MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển pin nhiên liệu 1.2 Pin nhiên liệu màng trao đổi proton 1.3 Các ứng dụng PEMFC 1.4 Cơ chế động học phản ứng điện hóa xảy PEMFC 10 1.4.1 Các phản ứng pin nhiên liệu 10 1.4.2 Phản ứng ơxy hóa điện hóa hyđrô 10 1.4.2.1 Cơ chế phản ứng ơxy hóa điện hóa hyđrô môi trường axit 10 1.4.2.2 Nhiệt động học phản ứng ơxy hóa hyđrơ 11 1.4.2.3 Động học phản ứng ơxy hóa hyđrô 11 1.4.3 Phản ứng khử ôxy ORR 15 1.4.3.1 Các phản ứng khử O2 điện hóa 15 1.4.3.2 Động học phản ứng khử O2 16 1.5 Nhiệt động học pin nhiên liệu 18 1.5.1 Điện lý thuyết pin nhiên liệu 18 1.5.2 Hiệu suất lý thuyết pin nhiên liệu 19 1.6 Vật liệu xúc tác dùng PEMFC 19 1.6.1 Quá trình phát triển vật liệu xúc tác PEMFC 20 1.6.2 Phát triển vật liệu xúc tác anot PEMFC 22 1.6.3 Phát triển vật liệu xúc tác hợp kim Pt cho ORR 25 1.6.4 Vật liệu cacbon 29 1.6.4.1 Vật liệu cacbon đen 29 1.6.4.2 Vật liệu cacbon nanotube 30 1.6.4.3 Vật liệu cacbon sợi (CNF) 31 1.6.4.4 Vật liệu cacbon xốp 31 iii 1.6.4.5 Vật liệu Graphene 32 1.7 Một số phương pháp điều chế xúc tác Pt hợp kim Pt 33 1.7.1 Phương pháp kết tủa hóa học 33 1.7.2 Các trình Polyol 34 1.7.3 Phương pháp mạ điện 35 1.7.4 Phương pháp phún xạ 36 1.7.5 Phương pháp nhũ tương 36 Chương THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1 Điều chế vật liệu xúc tác Pt hợp kim Pt3M (M = Ni, Co, Fe) vật liệu cacbon Vulcan XC-72 38 2.2 Chuẩn bị mực xúc tác 39 2.3 Chế tạo điện cực màng (MEA) 39 2.4 Phương pháp nghiên cứu 40 2.4.1 Các phương pháp vật lý 40 2.4.1.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 40 2.4.1.2 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM 41 2.4.1.3 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 42 2.4.2 Các phương pháp điện hóa 42 2.4.2.1 Phương pháp quét vòng (CV – Cyclic Voltammetry) 42 2.4.2.2 Phương pháp quét tuyến tính (LSV) 44 2.4.2.3 Phương pháp đo đường cong phân cực U-I 44 Chương NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC KIM LOẠI Pt/C BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA HÓA HỌC 46 3.1 Nghiên cứu tổng hợp xúc tác kim loại Pt/C phương pháp kết tủa hóa học sử dụng ethylene glycol 46 3.1.1 Qui trình tổng hợp xúc tác Pt/C 46 3.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 47 3.1.3 Đánh giá tính chất vật liệu xúc tác Pt/C phương pháp CV 51 3.1.3.1 Đánh giá hoạt tính vật liệu xúc tác Pt/C 51 3.1.3.2 Đánh giá độ bền vật liệu xúc tác Pt/C 53 3.1.4 Ảnh hưởng hàm lượng nước đến kích thước hạt xúc tác 55 iv 3.1.5 Ảnh hưởng hàm lượng nước dung mơi hỗn hợp đến tính chất điện hóa mẫu xúc tác 60 3.2 Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Pt/C kết tủa hóa học sử dụng chất khử NaBH4 kết hợp ethylene glycol 62 3.2.1 Qui trình tổng hợp xúc tác 63 3.2.2 Ảnh hưởng pH lên kích thước hạt xúc tác Pt/C 63 3.2.3 Ảnh hưởng giá trị pH lên tính chất điện hóa cuả xúc tác Pt/C 66 3.2.4 Qui trình tổng hợp xúc tác Pt/C 69 Chương – NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÚC TÁC HỢP KIM Pt-M/C (M=Ni, Co Fe) 71 4.1 Qui trình tổng hợp vật liệu xúc tác Pt-M/C 71 4.2 Đánh giá tính chất vật liệu xúc tác hợp kim Pt3M1/C 71 4.2.1 Đánh giá tính chất mẫu xúc tác XRD 72 4.2.2 Đánh giá tính chất vật lý mẫu xúc tác Pt3M1/C 74 4.2.3 Đánh giá hoạt tính xúc tác mẫu Pt3M1/C 76 4.2.4 Đánh giá độ bền mẫu xúc tác Pt3M1/C 77 4.2.5 Đánh giá hoạt tính cho ORR mẫu Pt3M1/C 78 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng kim loại Ni đến tính chất vật liệu xúc tác hợp kim PtNi/C 82 4.4 Ảnh hưởng xử lý nhiệt đến tính chất xúc tác hợp kim PtNi/C 86 4.5 Qui trình tổng hợp vật liệu xúc tác PtNi/C 90 Chương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA BỘ PIN ĐƠN PEMFC 93 5.1 Thiết kế chế tạo thành phần pin đơn 93 5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện vận hành đến tính chất pin đơn PEMFC 95 5.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ vận hành đến tính chất pin nhiên liệu 95 5.2.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí nhiên liệu 99 5.3 Đánh giá tính chất điện cực màng MEA chế tạo với vật liệu xúc tác tổng hợp phịng thí nghiệm 101 KẾT LUẬN 104 v CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .106 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .107 Tài liệu tham khảo 108 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý làm việc FEMFC Hình 1.2 Ảnh TEM mẫu xúc tác Pt/C điển hình dùng pin nhiên liệu 21 Hình 1.3 Mơ hình mặt cắt ngang lớp xúc tác minh họa cấu trúc xốp tạo bới hạt kim loại Pt phủ chất dẫn ion biểu diễn chế vận chuyển proton 22 Hình 1.4 Giản đồ dạng núi lửa vật liệu xúc tác cho phản ứng HOR [38] 23 Hình 1.5 Ảnh TEM mẫu xúc tác Pt/CNT [99] 30 Hình 1.6 Ảnh TEM vật liệu sợi cacbon CNF[104] 31 Hình 1.7 Ảnh TEM vật liệu cacbon xốp cấu trúc nanô [105] 31 Hình 1.8 Ảnh TEM mẫu xúc tác Pt/graphene [108] 32 Hình 2.1 Quy trình chế tạo điện cực màng 40 Hình 2.2 Đồ thị CV điển hình mẫu xúc tác Pt/C dung dịch H2SO4 0,5M 43 Hình 2.3 Pin đơn lắp ghép MEA thành phần 44 Hình 2.4 Sơ đồ hệ đo thử nghiệm pin nhiên liệu PEM 45 Hình 3.1 Qui trình tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C phương pháp kết tủa hóa học sử dụng EG 46 Hình 3.2 Ảnh TEM mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp 80 0C 47 Hình 3.3 Đồ thị CV mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp 80 0C 47 Hình 3.4 Kết phân tích EDX mẫu xúc tác Pt/C phương pháp kết tủa hóa học sử dụng EG 140 0C 48 Hình 3.5 Ảnh TEM vật liệu Cacbon Vulcan-XC72 với độ phóng đại 40.000 80.000 lần 48 Hình 3.6 Ảnh TEM mẫu xúc tác đồ thị phân bố kích thước hạt vật liệu xúc tác Pt/C tổng hợp 140 0C 49 Hình 3.7 Ảnh TEM đồ thị phân bố kích thước hạt Pt mẫu đối chứng 49 vii Hình 3.8 Minh họa chế trình tạo thành hạt xúc tác Pt phương pháp kết tủa hóa học 50 Hình 3.9 Đồ thị CV vật liệu cacbon Vulcan-XC72, vật liệu xúc tác đối chứng vật liệu xúc tác tổng hợp Pt/C 20%klg với mật độ kim loại 0.4mg/cm2 dung dịch H2SO4 0,5M 52 Hình 3.10 Đồ thị đo 200 vòng CV để đánh giá độ bền vật liệu xúc tác Pt/C điều chế phương pháp sử dụng EG 53 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn thay đổi giá trị ESA mẫu xúc tác tổng hợp EG mẫu đối chứng sau thử nghiệm độ bền 1000 chu kỳ 54 Hình 3.12 Mơ hình minh họa q trình ảnh hưởng tới độ bền vật liệu xúc tác Pt/C 55 Hình 3.13 Ảnh TEM đồ thị phân bố kích thước hạt mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp với dung môi EG:W=9:1 58 Hình 3.14 Ảnh TEM đồ thị phân bố kích thước hạt mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp với dung môi EG:W=7:1 58 Hình 3.15 Ảnh TEM đồ thị phân bố kích thước hạt mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp với dung môi EG:W=5:1 58 Hình 3.16 Ảnh TEM đồ thị phân bố kích thước hạt mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp với dung môi EG:W=3:1 59 Hình 3.17 Đồ thị CV mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp với dung môi EG dung mơi hỗn hợp có tỉ lệ theo thể tích thay đổi 9:1 7:1 140 0C 60 Hình 3.18 Đồ thị CV mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp với dung môi EG dung mơi hỗn hợp có tỉ lệ theo thể tích thay đổi 5:1 3:1 1400C 60 Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn thay đổi giá trị ESA mẫu xúc tác tổng hợp tỉ lệ EG:W khác sau thử nghiệm độ bền 1000 chu kỳ 62 Hình 3.20 Qui trình tổng hợp xúc tác Pt/C kết tủa hóa học sử dụng chất khử NaBH4 kết hợp sử dụng EG 63 Hình 3.21 Ảnh TEM đồ thị phân bố kích thước hạt mẫu xúc tác Pt/C tổng hợp pH=12 64 viii Gasteiger H, Lamm A, editors Handbook of fuel cells: fundamentals, technology and applications John Wiley & Sons, Ltd., 1318–28 28 Vann M Chevrolet project driveway fuel cell program passes million miles this week (https://fuelcellsworks.com/archives/2009/09/08/chevrolet-project-drivewayfuel-cell-program-passes-1-million-miles-this-week/) 29 Jerram LC (2006) Light duty vehicle survey Fuel Cell Today (http://s3.amazonaws.com/zanran_storage/www.fuelcelltoday.com/ContentPages/1 6315491.pdf) 30 Haraldsson K., Folkesson A., Alvfors P (2005) Fuel cell buses in the Stockholm CUTE project – first experiences from a climate perspective J Power Sources, 145(2), 620–31 31 Plug power wins award to operate GenSys units in NY homes, (2009) Fuel Cells Bull 2009, 9, 32 Ballard looks to double shipments in 2009 for forklifts, backup power (2009) Fuel Cells Bull 2009, 3, 8-9 33 Butler J (2009) Portable fuel cell survey (http://www.fuelcelltoday.com/online) 2009 Fuel Cell Today 34 Narayanan S.R., Valdez T.I., Rohatgi N (2003) Portable direct methanol fuel cell system In: Vielstich W, Gasteiger HA, Lamm A, editor, Handbook of fuel cells, John Wiley and Sons 35 Conway B.E (1999) In: Interfacial electrochemistry: theory, experiment, and applications Wieckowski A, editor New York: Marcel Dekker, 36 Envo M (1983) In: Comprehensive treatise of electrochemistry, Vol.7 Horsman P, Conway B, Yaeger E New York: Plenum Press, 37 Breiter M.W (2003) In: Handbook of fuel cells: fundamentals: technology and applications Vol New York: John Wiley & Sons, 38 Vetter K.J (1967) Electrochemical kinetics – theoretical and experimental aspect New York: Academic Press, 39 Appleby A.J., Kita H., Chemla M., Bronoel G (1973) Hydrogen In: Encyclopedia of the electrochemistry of the elements IXa Bard AJ, editor New York: Marcel Dekker 40 Yeager E (1986) Dioxygen electrocatalysis: mechanism in relation to catalyst structure J Mol Catal., 38, 5–25 41 Bard A.J and Faulkner L.R (1980) Electrochemical methods: fundamentals and applications New York: John Wiley & Sons, 42 Song C., Tang Y., Zhang J., Zhang J., Wang H., Shen J., et al., (2007) PEM fuel cell reaction kinetics in the temperature range of 23–120 °C Electrochim Acta, 52, 2552–61 43 Parthasarathy A., Srinivasan S., Appleby A.J., Martin C.R (1992) Temperature dependence of the electrode kinetics of oxygen reduction at the platinum/Nafion interface – a microelectrode investigation, J Electrochem Soc., 139, 2530–7 110 44 Savy M., Andro P., Bernard C., Magner G (1973) Studies of oxygen reduction on the monomeres and polymeres-i Principles, fundamentals, and choice of the central ion, Electrochim Acta, 18, 191–7 45 Stassi A., D’Urso C., Baglio V., Di Blasi A., Antonucci V., Arico A.S., et al (2006) Electrocatalytic behaviour for oxygen reduction reaction of small nanostructured crystalline bimetallic Pt-M supported catalysts J Appl Electrochem., 36, 1143–9 46 Meng H and Shen P (2005) Tungsten carbide nanocrystal promoted Pt/C electrocatalysts for ôxygen reduction, J Phys Chem B, 109, 22705–9 47 Gonzalez-Huerrta R.G., Chavez-Carvayar JA, Solorza-Feria O (2006) Electrocatalysis of ôxygen reduction on carbon supported Ru-based catalysts in a polymer electrolyte fuel cell, J Power Sources, 153, 11–17 48 Gochi-Ponce Y., Alonso-Nunez G., Alonso-Vante N (2006) Synthesis and electrochemical characterization of a novel chalcogenide electrocatalyst with an enhanced tolerance to methanol in the ôxygen reduction reaction, Electrochem Commun., 8, 1487–91 49 Yuyan Shao, Geping Yin, Yunzhi Gao (2007) Understanding and approaches for the durability issues of Pt – based catalysts for PEM fuel cell, Journal of Power Sources, 171, 558 -566 50 Zhuang Xu, Huamin Zhang, Hexiang Zhong, Qiuhong Lu, Yunfeng Wang, Dangsheng Su (2012) Effect of particle size on the activity and durability of the Pt/C electrocatalyst for proton exchange membrane fuel cells Applied Catalysis B: Environmental, 111– 112, 264– 270 51 Srinivasan, S., et al, (1988) Advances in solid polymer electrolyte fuel cell technology with low platinum loading electrodes, Journal of Power Sources, 22(3– 4), 359-375 52 Malek, et al., (2007) Self-Organization in Catalyst Layers of Polymer Electrolyte Fuel Cells The Journal of Physical Chemistry C, 111(36), 13627-13634 53 Ignaszak, A., S Ye, and E Gyenge, (2009) A Study of the Catalytic Interface for O2 Electroreduction on Pt: The Interaction between Carbon Support Meso/Microstructure and Ionomer (Nafion®) Distribution The Journal of Physical Chemistry C, 113(1), 298-307 54 Zhang J.Z., K Hongsirikarn, and J.G Goodwin Jr (2011) Effect and siting of Nafion® in a Pt/C proton exchange membrane fuel cell catalyst Journal of Power Sources, 196(19) 7957-7966 55 Li X (2006) Principles of fuel cells Taylor & Francis New York 56 US Department of Energy (2013) Fuel Cell System Cost - (http://www.hyđrogen.energy.gov/pdfs/13012_fuel_cell_system_cost_2013.pdf.) 57 Schmidt T.J., Jusys Z., Gasteiger H.A., Behm R.J., Endruschat U., Boennemann H (2001) On the CO tolerance of novel colloidal PdAu/carbon electrocatalysts J Electroanal Chem 501(1–2), 132–40 111 58 Holleck G.L., Pasquarello D.M., Clauson S.L (1999) Carbon monoxide tolerant anodes for proton exchange membrane fuel cells Electrochem Soc Proceedings, 98(27), 150–162 59 He C., Kunz H.R., Fenton J.M (1997) Evaluation of platinum-based catalysts for methanol electro-oxidation in phosphoric acid electrolyte J Electrochem Soc., 144(3), 970–979 60 Gasteiger H.A., Markovic N., Ross P.N Jr., Cairns E.J (1994) Co electrooxidation on well-characterized Pt-Ru Alloys, J Phys Chem., 98, 617–625 61 Grgur B.N., Zhuang G., Markoviü N.M., Ross P.N Jr (1997) Electrooxidation of H2/CO mixtures on a well-characterized Pt75Mo25 alloy surface, J Phys Chem B, 101, 3910–3 62 Wang K., Gasteiger H.A., Markoviü N.M., Ross P.N Jr (1996) On the reaction pathway for methanol and carbon monoxide electrooxidation on Pt-Sn alloy versus Pt-Ru alloy surfaces Electrochim Acta, 41, 2587–93 63 Gasteiger HA, MarkoviüNM, Ross PN Jr (1995) Electrooxidation of CO and H2/CO mixtures on a well-characterized Pt3Sn electrode surface J Phys Chem., 99, 8945–9 64 Ley K.L., Liu R., Pu C., Fan Q., Leyarovska N., Segree C., et al (1997) Methanol oxidation on single-phase Pt-Ru-Os ternary alloys J Electrochem Soc., 144, 1543–8 65 Crabb E.M and Ravikumar M.K (2001) Synthesis and characterisation of carbonsupported PtGe electrocatalysts for CO oxidation Electrochim Acta, 46, 1033–41 66 Watanabe M and Motoo S (1975) Electrocatalysis by ad-atoms: part III Enhancement of the oxidation of carbon monoxide on platinum by ruthenium adatoms J Electroanal Chem., 60, 275–83 67 Oetjen H.F., Schmidt V.M., Stimming U., Trila F (1996) Performance data of a proton exchange membrane fuel cell using H2/CO as fuel gas J Electrochem Soc., 143, 3838–42 68 Camara G.A., Giz M.J., Paganin V.A., Ticianelli E.A (2002) Correlation of electrochemical and physical properties of PtRu alloy electrocatalysts for PEM fuel cells J Electroanal Chem., 537, 21–9 69 Dinh H.N., Ren X., Garzon F.H., Zelenay P., Gottesfeld S (2000) Electrocatalysis in direct methanol fuel cells: in-situ probing of PtRu anode catalyst surfaces J Electroanal Chem., 491, 222–33 70 Ralph T.R and Hogarth M.P (2002) Catalysis for low temperature fuel cells, part II: the anode challenges Platinum Metals Rev., 46(3), 117–135 71 Thompsett D (2003) Pt alloys as oxygen reduction catalysts In Vielstich W, Gasteiger HA, Lamm A, editors Handbook of fuel cells – fundamentals, technology and applications New York: John Wiley & Sons 72 Mukerjee S and Srinivasan S (1993) Enhanced electrocatalysis of oxygen reduction on platinum alloys in proton exchange membrane fuel cells J Electroanal Chem, 357, 201–24 112 73 Mukerjee S., Srinivasan S., Soriaga M.P (1995) Role of structural and electronic properties of Pt and Pt alloys on electrocatalysis of oxygen reduction J Electrochem Soc., 142, 1409–22 74 Mukerjee S and Srinivasan S (2003) O2 reduction and structure-related parameters for supported catalysts In Vielstich W, Gasteiger HA, Lamm A, editors Handbook of fuel cells – fundamentals, technology and applications New York: John Wiley & Sons, 75 Ralph T.R and Hogarth M.P (2002) Catalysis for low temperature fuel cells: Part The cathode challenges Platinum Metals Rev 46, 3–14 76 Chen S., Ferreira P J., Sheng W., Yabuuchi N., Allard L F., Shao-Horn Y (2008) Enhanced Activity for Oxygen Reduction Reaction on “Pt3Co”Nanoparticles: Direct Evidence of Percolated and Sandwich-Segregation Structures, J Am Chem Soc., 130(42), 13818−13819 77 Patrick B., Ham H C., Shao-Horn Y., Allard L F., Hwang G S., Ferreira P J (2013) Atomic Structure and Composition of“Pt3Co” Nanocatalysts in Fuel Cells: An Aberration-Corrected Stem Haadf Study Chem Mater., 25(4), 530−535 78 Wakisaka M., Suzuki H., Mitsui S., Uchida H., Watanabe M (2008) Increased Oxygen Coverage at Pt−Fe Alloy Cathode for the Enhanced Oxygen Reduction Reaction Studied by EC-XPS J Phys Chem C, 112(7), 2750−2755 79 Stamenkovic V R., Mun B S., Arenz M., Mayrhofer K J., Lucas C A., Wang G., Ross P N., Markovic N M (2007) Trends in Electrocatalysis on Extended and Nanoscale Pt-Bimetallic Alloy Surfaces Nat Mater., 6(3), 241−247 80 Huan B., Carlton C E., Suntivich J., Xu Z., Shao-Horn Y (2015) Oxygen Reduction Activity and Stability Trends of Bimetallic Pt0.5M0.5 Nanoparticle in Acid J Phys Chem C, 119(8), 3971−3978 81 Chen S., Ferreira P J., Sheng W., Yabuuchi N., Allard L F., Shao-Horn Y (2008) Enhanced Activity for Oxygen Reduction Reaction on “Pt3Co”Nanoparticles: Direct Evidence of Percolated and Sandwich-Segregation Structures, J Am Chem Soc., 130(42), 13818−13819 82 Patrick B., Ham H C., Shao-Horn Y., Allard L F., Hwang G S., Ferreira P J (2013) Atomic Structure and Composition of“Pt3Co” Nanocatalysts in Fuel Cells: An Aberration-Corrected Stem Haadf Study Chem Mater., 25(4), 530−535 83 Jia Q., Liang W., Bates M K., Mani P., Lee W., Mukerjee S (2015) Activity Descriptor Identification for Oxygen Reduction on Pt-Based Bimetallic Nanoparticles: In Situ Observation of the Linear Composition-Strain-Activity Relationship ACS Nano, (1), 387−400 84 Stephens I E L., Bondarenko A S., Gronbjerg U., Rossmeisl J., Chorkendorff I (2012) Understanding the Electrocatalysis of Oxygen Reduction on Platinum and Its Alloys Energy Environ Sci., 5(5), 6744−6762 85 Wang C., Chi M., Li D., Strmcnik D., Van Der Vliet D., Wang G., Komanicky V., Chang K.C., Paulikas A P., Tripkovic D., et al (2011) Design and Synthesis of Bimetallic Electrocatalyst with Multilayered Pt-Skin Surfaces J Am Chem Soc., 133 (36), 14396−14403 113 86 Omura J., Yano H., Tryk D A., Watanabe M., Uchida H (2014) Electrochemical Quartz Crystal Microbalance Analysis of the Oxygen Reduction Reaction on PtBased Electrodes Part 2: Adsorption of Ôxygen Species and ClO4−Anions on Pt and Pt−Co Alloy in HClO4 Solutions Langmuir, 30(1), 432−439 87 Huang Y., Zhang J., Kongkanand A., Wagner F T., Li J C., Jorné J (2014) Transient Platinum Oxide Formation and Oxygen Reduction on Carbon-Supported Platinum and Platinum-Cobalt Alloy Electro-catalysts J Electrochem Soc., 161(1), F10−F15 88 Gasteiger H.A., Kocha S.S., Sompalli B., Wagner F.T (2005) Activity benchmarks and requirements for Pt, Pt-alloy, and non-Pt oxygen reduction catalysts for PEMFCs Appl Catal B: Environmental, 56, 9–35 89 F Godýnez-Salomon, M Hallen-Lopez, O Solorza-Feria (2012) Enhanced electroactivity for the oxygen reduction on Ni@Pt core-shell nanocatalysts, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 14902 90 Yong-Hun Cho, Tae-Yeol Jeon, Sung Jong Yoo, Kug-Seung Lee, Minjeh Ahn, OkHee Kim, Yoon-Hwan Cho, Ju Wan Lim, Namgee Jung, Won-Sub Yoon, Heeman Choe, Yung-Eun Sung (2012) Stability characteristics of Pt1Ni1/C as cathode catalysts in membrane electrode assembly of polymer electrolyte membrane fuel cell, Electrochimica Acta, 59, 264–269 91 J.-F Drillet, A Ee, J Friedemann, R Kotz, B Schnyder, V.M Schmidt, (2002) Oxygen reduction at Pt and Pt70Ni30 in H2SO4/CH3OH solution, Electrochim Acta, 47, 1983 92 T Toda, H Igarashi, H Uchida, M Watanabe, (1999) enhancement of the Electroreduction of Oxygen on Pt Alloys with Fe, Ni, and Co, J Electrochem Soc 146, 3750 93 U.A Paulus, G.G Scherer, A Wokaun, T.J Schmidt, V Stamenkovic, V Radmilovic, N.M Markovic, P.N Ross, (2002) Oxygen Reduction on CarbonSupported Pt−Ni and Pt−Co Alloy Catalysts, J Phys Chem B, 106, 4181 94 S Mukerjee, S Srinivasan, M.P Soriaga, J McBreen, (1995) Role of Structural and Electronic Properties of Pt and Pt Alloys on Electrocatalysis of Oxygen Reduction An In Situ XANES and EXAFS Investigation, J Electrochem Soc., 142 1409 95 N Wakabayashi, M Takeichi, H Uchida, M Watanabe, (2005) Temperature Dependence of Oxygen Reduction Activity at Pt−Fe, Pt−Co, and Pt−Ni Alloy Electrodes, J Phys Chem B, 109, 5836 96 H Yang, W Vogel, C Lamy, N Alonso-Vante, (2004) Structure and Electrocatalytic Activity of Carbon-Supported Pt−Ni Alloy Nanoparticles Toward the Oxygen Reduction Reaction, J Phys Chem B, 108, 11024 97 O Wohler, F von Sturm, E Wege, H von Kienle, M Voll, P Kleinschmit, (1986) in: W Gerhartz Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, vol A5, VCH, Weinheim, 95 98 M Uchida, Y Aoyama, M Tanabe, N Yanagihara, N Eda, A Ohta, (1995) Influences of Both Carbon Supports and Heat‐Treatment of Supported Catalyst on Electrochemical Oxidation of Methanol, J Electrochem Soc 142, 2572 114 99 Li Li, Gang Wu, Bo-Qing Xu (2006) Electro-catalytic oxidation of CO on Pt catalyst supported on carbon nanốtubes pretreated with oxidative acids, Carbon 44, 2973–2983 100 N Rajalakshmi, Hojin Ryu, M.M Shaijumon, S Ramaprabhu, (2005) Performance of polymer electrolyte membrane fuel cells with carbon nanotubes as oxygen reduction catalyst support materia, Journal of Power Sources 140, 250– 257 101 Madhu Sudan Saha and Arunabha Kundu (2010) Functionalizing carbon nanốtubes for proton exchange membane fuel cells electrode, Journal of Power Sources, 195, 6255–6261 102 N.M Rodriguez, A Chambers, R.T.K Baker, (1995) Catalytic Engineering of Carbon Nanostructures, Langmuir, 11, 3862 103 N.M Rodriguez, M.S Kim, R.T.K Baker, (1994) Carbon Nanofibers: A Unique Catalyst Support Medium, J Phys Chem., 98, 13108 104 B.O Boskovic, V Stolojan, R.U.A Khan, S Haq, S.R.P Silva, (2002) Large-area synthesis of carbon nanofibres at room temperature, Nat Mater., 1, 165 105 R Ryoo, S.H Joo, M Kruk, M Jaroniec, (2001) Ordered Mesoporous Carbons, Adv Mater., 13, 677 106 S.H Joo, S.J Choi, I Oh, J Kwak, Z Liu, O Terasaki, R Ryoo, (2001) Ordered nanoporous arrays of carbon supporting high dispersions of platinum nanoparticles, Nature, 412, 169 107 L Calvillo, M.J Lazaro, E Garcy ´a-Bordeje, R Moliner, P.L Cabot, I Esparbe, E Pastor, J.J Quintana, (2007) Platinum supported on functionalized ordered mesoporous carbon as electrocatalyst for direct methanol fuel cells, J Power Sources, 169, 59 108 A.K Geim and K.S Novoselov, (2007) The rise of graphene, Nature Materials, 6, 183–191 109 S.H Lee, N Kakati, S.H Jee, J Maiti, Y.-S Yoon, (2011) Hydrothermal synthesis of PtRu nanoparticles supported on graphene sheets for methanol oxidation in direct methanol fuel cell, Materials Letters, 65, 3281–3284 110 Xing Y (2004) Synthesis and electrochemical characterization of uniformlydispersed high loading Pt nanoparticles on sonochemically-treated carbon nanotubes J Phys Chem B, 108, 19255 - 19259 111 Hyuk Kim Jin, Nam Park Won, Ho Lee (2003) Preparation of platinum-based electrode catalysts for low temperature fuel cell, Catalysis Today, 87, 237-245 112 J.H Tian, F.B Wang, ZH.Q Shan, R.J Wang, J.Y Zhang (2004) Effect of Preparation Conditions of Pt/C Catalysts on Oxygen Electrode Performance in Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Journal of Applied Electrochemistry, 34, 461 - 467 113 Jianlu Zhang, Xiaoli Wang, Chuan Wu, Hong Wang, Bao lian Yi, Huan Zhang (2004) Preparation and characterization of Pt/C catalysts for PEMFC 115 cathode: effect of different reduction methods, Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 83, 229 - 236 114 Z Zhou, W J Zhou, S L Wang, G X Wang, L H Jiang, H Li, G Q Sun and Q Xin (2004) Preparation of highly active 40 wt.% Pt/C cathode electrocatalysts for DMFC via different routes, Catalysis Today, 93-95, 523 - 528 115 T Kim, M Takahashi, M Nagai and K Kobayashi (2004) Preparation and characterization of carbon supported Pt and PtRu alloy catalysts reduced by alcohol for polymer electrolyte fuel cell, Electrochimica Acta, 50, 817 - 821 116 Bin Fang, Bridgid N Wanjala, Jun Yin, Rameshwori Loukrakpam, Jin Luo, Xiang Hu, Jordan Last, Chuan-Jian Zhong (2012) Electrocatalytic performance of Ptbased trimetallic alloy nanoparticle catalysts in proton exchange membrane fuel cells, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 4627 – 4632 117 Dae-Soo Yang, Min-Sik Kim, Min Young Song, Jong-Sung Yu (2012) Highly efficient supported PtFe cathode electrocatalysts prepared by homogeneous deposition for proton exchange membrane fuel cell, International Journal of Hydrogen Energy, 37, 13681 – 13688 118 Weon-Doo Lee, Dong-Ha Lim, Hee-Joon Chun, Ho-In Lee (2012) Preparation of Pt nanoparticles on carbon support using modified polyol reduction for lowtemperature fuel cells International Journal of Hydrogen Energy, 37, 12629 – 12638 119 Fievet F, Lagier J, Blin B, Beaudoin B, Figlaez M (1989) Homogeneous and heterogeneous nucleations in the polyol process for the preparation of micron and submicron size metal particles, Solid State Ionics, 32 – 33, 198 - 205 120 Dong H, Chen Y-C, Feldmann C (2015) Polyol synthesis of nanoparticles: status and options regarding metals, oxides, chalcogenides, and non-metal elements, Green Chemistry, 17, 4107 – 4132 121 Bonet F, Delmas V, Grugeon S, Herrera Urbina R, Silvert P-Y, Tekaia-Elhsissen K (1999) Synthesis of monodisperse Au, Pt, Pd, Ru and Ir nanoparticles in ethylene glycol Nanostructured Mater, 11, 1277 - 1284 122 Jaime E Pérez, Adriana B Arauz, Luis A García and José L Rodríguez (2012) Synthesis of silver nanostructures by the polyol method and their statistical analysis using design of experiments, Symposium S1 – Nanostructured Materials and Nanotechnology, 1371, imrc11-1371-s1-p003 123 Knupp SL, Li W, Paschos O, Murray TM, Snyder J, Haldar P (2008) The effect of experimental parameters on the synthesis of carbon nanotube/nanofiber supported platinum by polyol processing techniques, Carbon, 46, 1276 - 1284 124 Gangrade D, Sd L, Al M (2015) Overview on microwave synthesise important tool for green chemistry, International Journal of Pharma and Bio Sciences, 5, 3742 125 Gawande MB, Shelke SN, Zboril R, Varma RS (2014) Microwave-assisted chemistry: synthetic applications for rapid assemblyof nanomaterials and organics Accounts of Chemical Research, 47, 1338 - 1348 116 126 Li H, Zhang S, Yan S, Lin Y, Ren Y (2013) Pd/C catalysts synthesized by microwave assisted polyol method for methanol electro-oxidation, International Journal of Electrochemical Science, 8, 2996 – 3011 127 Chu Y-Y, Wang Z-B, Gu D-M, Yin G-P (2010) Performance of Pt/C catalysts prepared by microwave-assisted polyol process for methanol electrooxidation, Journal of Power Sources, 195, 1799 - 804 128 Harish S, Baranton S, Coutanceau C, Joseph J (2012) Microwave assisted polyol method for the preparation of Pt/C, Ru/C and PtRu/C nanoparticles and its application in electrooxidation of methanol, Journal of Power Sources, 214, 33 39 129 Song S, Wang Y, Shen PK (2007) Pulse-microwave assisted polyol synthesis of highly dispersed high loading Pt/C electrocatalyst for oxygen reduction reaction Journal of Power Sources, 170, 46 – 49 130 Li X, Chen W-X, Zhao J, Xing W, Xu Z-D (2005) Microwave polyol synthesis of Pt/CNTs catalysts: effects of pH on particle size and electrocatalytic activity for methanol electrooxidization, Carbon, 43, 2168 - 2174 131 Antoine O, Durand R (2001) In situ electrochemical deposition of Pt nanoparticleson carbon and inside nafion Journal of Electrochemical Solid State Letter, 4, A55-A58 132 Kim H, Subramanian NP, Popov BN (2004) Preparation of PEM fuel cell electrodes using pulse electrodeposition, Journal of Power Sources, 138, 14 – 24 133 Chanakan Ruengkit, Nisit Tantavichet (2017) Influence of gas diffusion layer on Pt catalyst prepared by electrodeposition for proton exchange membrane fuel cells, Thin Solid Films, 636, 116-126 134 Sajid Hussain, Heiki Erikson, Nadezda Kongi, Maido Merisalu, Peeter Ritslaid, Väino Sammelselg, Kaido Tammeveski (2017) Heat-treatment effects on the ORR activity of Pt nanoparticles deposited on multi-walled carbon nanotubes using magnetron sputtering technique, International Journal of Hydrogen Energy, 42, 5958-5970 135 Yong-Hun Cho, Sung Jong Yoo, Yoon-Hwan Cho, Hyun-Seo Park, In-Su Park, Joong Kee Lee, Yung-Eun Sung (2008) Enhanced performance and improved interfacial properties of polymer electrolyte membrane fuel cells fabricated using sputter-deposited Pt thin layers, Electrochimica Acta, 53, 6111-6116 136 Sun X, Li R, Villers D, Dodelet JP, Desilets S (2003) A CTAB-assisted hydrothermal orientation growth of ZnO nanorods, Chemical Physics Letters, 379, 99 -104 137 J Bedia, J Lemus, L Calvo, J.J Rodriguez, M.A Gilarranz (2017) Effect of the operating conditions on the colloidal and microemulsion synthesis of Pt in aqueous phase, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 525, 77-84 138 Ethylene Glycol Product Guide MEGlobal (http://www.meglobal.biz/media/product_guides/MEGlobal_MEG.pdf) 117 139 Zhdanov V.P and Kasemo B (2006) Kinetics of electrochemical O2 reduction on Pt Electrochem Commun, 8, 1132–6 140 Norskov J.K., Rossmeisl J., Logadotir A., Lindqvist L., Kitchin J.R., Bligaard T., et al (2004) Origin of the overpotential for oxygen reduction at a fuel cell cathode J Phys Chem B, 108, 17886–92 141 Stamenkovic V.R., Mun B.S., Mayrhofer K.J.J., Ross P.N., Markovic N.M (2006) Effect of surface composition on electronic structure, stability, and electrocatalytic properties of Pt-transition metal alloys: Pt-skin versus Pt-skeleton surfaces J Am Chem Soc., 128, 8813–9 142 Wang J.X., Markovic N.M., Adzic R.R (2004) Kinetic analysis of oxygen reduction on Pt(111) in acid solutions: intrinsic kinetic parameters and anion adsorption effects J Phys Chem B, 108, 4127–33 143 Wang C., Markovic N M., Stamenkovic V R (2012) Advanced Platinum Alloy Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction, ACS Catal., 2, 891 144 Matanović I., Garzon F H., Henson N J (2011) Theoretical Study of Electrochemical Processes on Pt–Ni Alloys, J Phys Chem C, 115, 10640 145 Jeon T.−Y., Yoo S J., Cho Y.−H., Kang S H., Sung Y (2010) Effect of dealloying of Pt–Ni bimetallic nanoparticles on the ôxygen reduction reaction, Electrochem Commun., 12, 1796 146 E.Fleury, J.Jayaraj, Y.C.Kim, H.K.Seok, K.Y.Kim, K.B.Kim (2006) Fe-based amorphous alloys as bipolar plates for PEM fuel cell, Journal of Power Sources, 159, 34 – 37 147 Yan Wang, Derek O Northwood (2006) An investigation into polypyrrole-coated 316L stainless steel as a bipolar plate material for PEM fuel cells, Journal of Power Sources, 163, 500 – 508 148 Yan Wang, Derek O Northwood (2007) An investigation into TiN-coated 316L stainless steel as a bipolar plate material for PEM fuel cells, Journal of Power Sources, 165, 293 – 298 149 D H Jeon, S Greenway, S Shimpalee, J W Van Zee (2008) The effect of serpentine flow-field designs on PEM fuel cell performance, International Journal of Hydrogen Energy, 33, 1052-1066 150 Barbir F (2005) PEM fuel cells: theory and practice New York: Elsevier Academic Press 118 ... vật liệu xúc tác Pt- M/C 71 4.2 Đánh giá tính chất vật liệu xúc tác hợp kim Pt3 M1/C 71 4.2.1 Đánh giá tính chất mẫu xúc tác XRD 72 4.2.2 Đánh giá tính chất vật lý mẫu xúc tác Pt3 M1/C... liệu xúc tác Pt hợp kim Pt có kích thước nano vật liệu cacbon áp dụng làm điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton” Mục tiêu luận án: - Nghiên cứu phát triển vật liệu xúc tác Pt/ C hợp kim Pt- M/C... Pt/ C có hoạt tính độ bền cao làm vật liệu điện cực PEMFC - Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác hợp kim Pt- M/C 20%klg (M=Ni, Co Fe) phương pháp kết tủa hóa học Nghiên cứu đánh giá tính chất vật liệu