Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá tính chất vật liệu xúc tác pt và hợp kim pt có kích thước nanô trên nền vật liệu cacbon áp dụng làm điện cực trong pin nhiên liệu màng trao đổi ion tt

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 CACBPON ÁP DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 62.44.01.29 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: TS Phạm Thi San Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Ngọc Phong Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: … Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 201… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) nguồn lượng tái tạo tiềm có khả ứng dụng rộng rãi nghiên cứu toàn giới Ưu điểm PEMFC làm việc nhiệt độ thấp, hiệu suất chuyển hóa cao, khởi động nhanh, làm việc nhiệt độ không cao ( Pt3Co1/C > Pt3Fe1/C> Pt/C Mẫu vật liệu xúc tác tốt đạt Pt3Ni1/C có hoạt tính xúc tác độ bền cao với kích thước hạt kim loại Pt trung bình khoảng 2,8 nm diện tích bề mặt điện hóa ESA khoảng 76,14 m2/g Giá trị mật độ dòng điện vật liệu xúc tác hợp kim Pt3Ni1/C 0,9V đạt -349,3 µA/cm2, giá trị mật độ dòng điện sử dụng mẫu xúc tác kim loại tinh khiết Pt/C – 35,1 µA/cm2 Vật liệu thích hợp làm vật liệu điện cực catơt pin nhiên liệu PEMFC Hàm lượng kim loại hợp kim Ni trình xử lý nhiệt ảnh hưởng nhiều đến tính chất vật liệu xúc tác PtNi/C Khi tăng hàm lượng kim loại Ni, cấu trúc hợp kim bị thay đổi tốc độ phản ứng ORR bề mặt xúc tác hợp kim PtNi/C giảm Khi tăng nhiêt độ xử lý nhiệt, độ bền xúc tác tăng lên độ bền cao đạt nhiệt độ 700oC Trên sở đánh giá hiệu kinh tế hoạt tính xúc tác nhằm nâng cao khả áp dụng thực tế, mẫu 22 xúc tác hợp kim Pt1Ni1/C thể tiềm ứng dụng làm vật liệu điện cực catôt PEMFC Một pin nhiên liệu PEMFC đơn có diện tích làm việc 5cm2 thiết kế chế tạo hoàn chỉnh Sử dụng vật liệu xúc tác Pt/C 20klg Pt3Ni1/C 20%klg tổng hợp điều kiện phịng thí nghiệm làm điện cực anơt điện cực catôt tương ứng, mật độ công suất cực đại pin nhiên liệu PEMFC đơn tự chế tạo đạt 624 mW/cm2 với sử dụng xúc tác thương mại, mật độ xúc tác pin đơn đạt 543 mW/cm2 CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Đã tổng hợp thành công vật liệu xúc tác Pt/C, kích thước nanomet có hoạt tính xúc tác độ bền cao phương pháp sử dụng ethylene glycol phương pháp sử dụng ethylene glycol kết hợp với chất khử NaBH4 Đã đưa qui trình tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C 20 %klg điều kiện phịng thí nghiệm qui mơ 200 mg/mẻ - Đã tổng hợp thành công vật liệu xúc tác hợp kim Pt-M/C (với M = Ni, Co Fe), kích thước nanomet phương pháp sử dụng ethylene glycol kết hợp với chất khử NaBH4 Mẫu xúc tác hợp kim Pt-Ni/C thể hoạt tính xúc tác tốt với phản ứng ORR tính kinh tế cao nên có tiềm ứng dụng làm vật liệu xúc tác catot PEMFC - Trong điều kiện kỹ thuật nước, sử dụng vật liệu xúc tác tự tổng hợp chế tạo pin PEMFC có diện tích làm việc 5cm2 hồn chỉnh với mật độ cơng suất cực đại lên tới 624 mW/cm 23 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Chi Linh Do, Thy San Pham, Ngoc Phong Nguyen and Viet Quan Tran Properties of Pt/C nanoparticle catalysts synthesized by electroless deposition for proton exchange membrane fuel cel.l Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2013) 035011 (5pp) Đỗ Chí Linh, Phạm Thy San, Giang Hồng Thái, Nguyễn Ngọc Phong, Trần Việt Quân Nghiên cứu đánh giá tính chất vật liệu xúc tác Pt/C dùng pin nhiên liệu màng trao đổi proton Tạp chí Hóa học số 2AB51,2013, trang 39-44 Đỗ Chí Linh, Phạm Thy San, Nguyễn Ngọc Phong, Phạm Hồng Hạnh, Trần Việt Quân Nghiên cứu đánh giá vật liệu xúc tác hợp kim PtNi/C cho phản ứng khử ôxy pin nhiên liệu màng trao đổi proton Tạp chí Hóa học T.51 3AB, 2013, trang 176-180 Đỗ Chí Linh, Phạm Thy San Nguyễn Ngọc Phong, Giang Hồng Thái, Trần Việt Quân Sythesis and characterization of electrocatalysts nano particles Pt/MWCNT for PEMFC application Journal of science and technology, Vol 52(3C) (2014), 521-526 Pham Thy San, Vu Dinh Lam, Nguyen Ngoc Phong, Do Chi Linh, Research and development PEM fuel cell at institute of materials science, Proc Of the first VAST-BAS workshop on science and technology, HaLong, November 20th – 21st/2014, 223-232 Chi Linh Do, Thy San Pham, Ngoc Phong Nguyen, Viet Quan Tran and Hong Hanh Pham Synthesis and characterization of alloy catalyst nanoparticles PtNi/C for oxygen reduction reaction in proton exchange membrane fuel cell Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2015) 025009 (6pp) 24 ... hợp kim Pt có kích thước nanô 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 kích thước. .. tổng hợp xúc tác Pt/ C Hình 3.30 Qui trình tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/ C 20 %wt Chương – NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÚC TÁC HỢP KIM Pt- M/C (M=Ni, Co, Fe) Mẫu xúc tác hợp. .. đến tính chất vật liệu xúc tác hợp kim PtNi/C Để tìm vật liệu xúc tác hợp kim PtNi/C có thành phần tối ưu, nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hàm lượng Ni vật liệu xúc tác hợp kim thực Các mẫu xúc tác