Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấu trúc nano xốp co3o4 pha tạp cacbon ứng dụng trong xúc tác điện hóa tách nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ LỆ THƯ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO XỐP Co3O4 PHA TẠP CACBON ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC ĐIỆN HÓA TÁCH NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Bình Định – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ LỆ THƯ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO XỐP Co3O4 PHA TẠP CACBON ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC ĐIỆN HĨA TÁCH NƯỚC Chun ngành: VẬT LÍ CHẤT RẮN Mã số: 08440104 Người hướng dẫn thứ nhất: TS Nguyễn Thị Hồng Trang Người hướng dẫn thứ hai: PGS TS Nguyễn Minh Vương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu thực Trường Đại học Quy Nhơn hướng dẫn TS Nguyễn Thị Hồng Trang PGS TS Nguyễn Minh Vương – Bộ môn lý khoa học vật liệu, khoa khoa học tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn Các tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Học viên Trần Thị Lệ Thư LỜI CẢM ƠN Đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấu trúc nano xốp Co3O4 pha tạp cacbon ứng dụng xúc tác điện hóa tách nước” nội dung nghiên cứu làm luận văn tốt nghiệp sau hai năm theo học chương trình cao học chuyên nghành Vật lý chất rắn trường Đại học Quy Nhơn Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn bảo tận tình TS Nguyễn Thị Hồng Trang, PGS TS Nguyễn Minh Vương suốt thời gian làm thực nghiệm hoàn thành luận văn Trong q trình thực luận văn, tơi nhận nhiều quan tâm tạo điều kiện tốt từ thầy cô giáo tổ môn Khoa học Vật liệu - khoa Khoa học tự nhiên Trung tâm thí nghiệm thực hành A6 – Trường Đại Học Quy Nhơn Đặc biệt, NCS Nguyễn Văn Nghĩa người đã nhiệt tình truyền dạy kiến thức, phương pháp nghiên cứu công cụ hỗ trợ đắc lực cho trình nghiên cứu luận văn Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô Cuối xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè anh chị em lớp Vật lý Chất rắn – K21 động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu khoa học Học viên Trần Thị Lệ Thư DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Chữ viết Tên đầy đủ Nghĩa tiếng Việt tắt HER Hydrogen evolution reaction Phản ứng tiến hóa hydro OER Oxygen evolution reaction Phản ứng tiến hóa oxy ORR Oxygen reduction reaction Phản ứng khử oxy PS Polystyrene Vật liệu polystyrene IO Inverse Opal Cấu trúc xốp nano (mao quản) SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét EDX Energy-dispersive X-ray Phổ tán xạ lượng tia X spectroscopy XRD X-ray Difraction Nhiễu xạ tia X LSV Linear Sweep Votage Thế quét tuyến tính CV Cylic Voltammetry Thế qt vịng tuần hồn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kí hiệu mẫu khảo sát 32 Bảng 3.1 Bảng tính mật độ dòng j = 20 mA.cm-2 giá trị mật độ dòng j = 150 mA.cm-2 cho trình OER vật liệu C-Co3O4 IO với nồng độ pha tạp nhiệt độ nung kết khác 54 Bảng 3.2 Bảng tính q mật độ dịng j = -20 mA.cm-2 giá trị mật độ dòng j = -150 mA.cm-2 cho trình HER vật liệu C-Co3O4 IO với nồng độ pha tạp nhiệt độ nung kết khác 57 Bảng 3.3 Bảng tính độ bền ổn định vật liệu Co3O4 IO 59 Bảng 3.4 Giá trị mật độ dòng đỉnh anode (Ip,a), mật độ dòng đỉnh cathode (Ip,c), thể đỉnh anode (Ep,a) định cathode (Ep,c) điện cực vật liệu C-Co3O4 IO tổng hợp với điều kiện khác đo 1M KOH 61 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tế bào đơn vị tinh thể Co3O4 Hình 1.2 Cấu trúc hai dạng thù hình cacbon…………………………… Hình 1.3 (a)Sơ đồ minh họa quy trình tổng hợp lưới nano Co3O4, (b) ảnh SEM Co3O4 @NCNTs /CP .…………………………………………11 Hình 1.4 Đường cong phân cực cho hai cặp phản ứng điện hóa liên quan đến lượng phương trình phản ứng tổng thể chúng Các đường cong màu đỏ xanh lam phản ứng liên quan đến hydro oxy 12 Hình 1.5 Sơ đồ (overpotential) liên quan đến trình xúc tác điện hóa oxy (OER, ORR) hydro (HER, HOR)………………………….13 Hình.1.6 Sơ đồ biểu diễn phân ly nước, hình thành chất trung gian M – Had, tái kết hợp sau hai nguyên tử Had để tạo thành H2 (mũi tên tím), giải hấp OH từ miền Ni(OH)2 (mũi tên đỏ) hấp phụ phân tử nước khác vị trí (mũi tên xanh lam)……………………………………………………………………….….15 Hình.1.7 Cơ chế OER cho điều kiện kiềm Đường màu xanh biểu thị q trình tiến hóa oxy liên quan đến hình thành chất trung gian peroxide (M-OOH) Đường màu tím phản ứng trực tiếp hai chất trung gian oxo (M-O) liền kề để tạo oxy………………………………………………….17 Hình 1.8 Sơ đồ điện phân nước sử dụng: (a) kiềm, (b) PEM (c) AEM….19 Hình 1.9 Phác thảo tế bào tách nước điện hóa mơi trường kiềm 19 Hình 1.10 Các mức lượng phản ứng điện hóa…………… 22 Hình 1.11 Thiết bị thí nghiệm cho tế bào điện hóa ba cực 23 Hình 2.1 Các thiết bị chế tạo vật liệu C-Co3O4 IO .27 Hình 2.2 Các hóa chất chế tạo vật liệu C-Co3O4 IO .28 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình tổng hợp cầu PS 29 Hình 2.4 Quy trình chế tạo vật liệu C-Co3O4 IO 31 Hình 2.5 Sơ đồ minh họa hình thái vật liệu C-Co3O4 IO .33 Hình 2.6 Cấu tạo hệ đo điện hóa ba cực .38 Hình 2.7 (a) Hệ đo điện hóa Corr Test Electrochemial Worstation phòng vật lý chất rắn trường Đại học Quy Nhơn (b) Bình điện phân ba cực tự thiết kế 39 Hình 3.1 Ảnh SEM cầu PS với độ phóng đại khác nhau: (a) 10.103 lần, (b) 30.103 lần, (c) 50.103 lần, (d) 100.103 lần .40 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu Co3O4 IO với độ phóng đại khác nhau: (a) 10.103 lần, (b) 50.103 lần, (c) 100.103 lần, (d) 200.103 lần 41 Hình 3.3 Ảnh SEM với độ phóng đại khác vật liệu C-Co3O4 IO pha tạp với nồng độ P123 %, nung kết N2 nhiệt độ 500°C 42 Hình 3.4 Ảnh SEM với độ phóng đại khác vật liệu C-Co3O4 IO pha tạp với nồng độ P123 3,5 %, nung kết N2 nhiệt độ 500°C 43 Hình 3.5 Ảnh SEM với độ phóng đại khác vật liệu C-Co3O4 IO pha tạp với nồng độ P123 %, nung kết N2 nhiệt độ 500°C 43 Hình 3.6 Ảnh SEM với độ phón đại khác vật liệu C-Co3O4 IO pha tạp với nồng độ P123 %, nung kết N2 nhiệt độ khác nhau: 400°C (a, b, c), 500°C (d, e, f), 600°C (g, h, i) 45 Hình 3.7 Kết phân tích EDX vật liệu C-Co3O4 IO nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp P123 khác nhau: (a) %, (b) 3,5 % (c) % .47 Hình 3.8 Phổ EDX vật liệu C-Co3O4 IO nung kết N2 nhiệt độ 400°C với nồng độ pha tạp P123 % 48 Hình 3.9 Phổ Raman vật liệu Co3O4 IO C-Co3O4 IO, nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp P123 % 49 Hình 3.10 Phổ XRD vật liệu Co3O4 IO C-Co3O4 IO, nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp P123 % 50 Hình 3.11 Đặc trưng LSV cho trình OER vật liệu Co 3O4 IO nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp P123 khác (2 %, 3,5 % %) 51 Hình 3.12 Đặc trưng LSV cho trình OER vật liệu Co 3O4 IO với nồng độ pha tạp P123 %, nung kết N2 nhiệt độ khác (400°C, 500°C 600°C) 52 Hình 3.13 Đặc trưng LSV cho trình HER vật liệu Co 3O4 IO nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp P123 khác ( %, 3,5 % %) 55 Hình 3.14 Đặc trưng LSV cho trình HER vật liệu Co 3O4 IO với nồng độ pha tạp P123 %, nung kết N2 nhiệt độ khác (400°C, 500°C 600°C) 56 Hình 3.15 Đặc trưng I – t trình xúc tác điện hóa vật liệu CCo3O4 IO với nồng độ pha tạp P123 khác (2 %, 3,5 % %), nung kết N2 nhiệt độ khác (400°C, 500°C 600°C) 58 Hình 3.16 Đặc trưng CV cho q trình xúc tác điện hóa vật liệu C-Co3O4 IO với nồng độ pha tạp P123 khác (2 %, 3,5 % %), nung kết N2 nhiệt độ khác (400°C, 500°C 600°C) .60 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU Co3O4 1.1.1 Cấu trúc vật liệu Co3O4 1.1.2 Tính chất vật liệu 1.1.3 Ứng dụng vật liệu Co3O4 xúc tác điện hóa 1.1.4 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano Co3O4 1.1.4.1 Các phương pháp chung tổng hợp vật liệu nano 1.1.4.2 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu coban oxit Co3O4 1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CACBON 1.2.1 Cấu trúc vật liệu cacbon 1.2.2 Tính chất vật liệu cacbon hiệu suất xúc tác điện hóa tốt so với C-Co3O4 IO nồng độ pha tạp P123 % nung kết khí N2 nhiệt độ 400°C 600°C Kết phù hợp với kết phân tích hình thái bề mặt SEM vật liệu 3.3.2 Khảo sát độ bền vật liệu (đặc trưng I – t) q trình xúc -2 Mật độ dịng điện (mA.cm ) tác điện hóa Thời gian (s) Hình 3.15 Đặc trưng I-t trình xúc tác điện hóa vật liệu CCo3O4 IO với cac nồng độ pha tạp P123 khac (2 %, 3,5 %, %) nung kết N2 nhiệt độ khác (400C, 500C) Vật liệu qua thời gian hoạt động xúc tác điện hóa (ngâm dung dịch KOH xảy phản ứng khử bề mặt vật liệu) bị thay đổi (cấu trúc, hình thái) 58 Bảng 3.3 Bảng tính độ bền ổn định vật liệu Co3O4 IO Tên mẫu Độ ổn định % Co3O4 IO - 500°C 77,6 C-Co3O4 IO - 400°C, 2% 76,3 C-Co3O4 IO - 500°C, 2% 84,9 C-Co3O4 IO - 500°C, 3,5% 75,5 C-Co3O4 IO - 500°C, 5% 80,0 Dựa vào đặc trưng I – t (hình 3.15) giá trị bảng 3.3 chúng tơi có nhận xét sau: Với áp định, tính chất xúc tác vượt trôi vật liệu C-Co3O4 IO – 500°C, % , nên mẫu cho có giá trị mật độ dòng điện cao nhất, khoảng 29,87 (mA.cm-2) Độ bền vật liệu C-Co3O4 IO – 500°C, % C-Co3O4 IO – 400°C, %, C-Co3O4 IO – 500°C, 3,5 % C-Co3O4 IO – 500°C, % 84,9 76,3 %, 75,5 % 80,0 % Thấy rằng, C-Co3O4 IO nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp % có độ ổn định cao nhất, điều giải thích cấu trúc xốp tổ ong vững lỗ xốp đặn, phân bố C vừa phải bề mặt vật liệu Co3O4 IO tạo điều kiện cho trình xúc tác diễn bề mặt dễ dàng liên tục vật liệu C-Co3O4 IO – 500°C, % 59 3.3.3 Đặc trưng qt vịng tuần hồn (CV) vật liệu Tính chất điện hóa vật liệu thể đường phân cực vịng mơi trường KOH M với tốc độ quét 20 mV/s Theo lý thuyết, vật liệu có khả hoạt động điện hóa tốt mật độ dòng đỉnh anode (Ip,a) mật độ dòng đỉnh catode (Ip,c) cao với hiệu điện đỉnh anode -2 Mật độ dòng điện (mA.cm ) cathode (∆E) nhỏ Điện (V) với RHE Hình 3.16 Đặc trưng CV cho trình xúc tác điện hóa vật liệu C-Co3O4 IO với nồng độ pha tạp P123 khác (2 %, 3,5 %, %), nung kết N2 nhiệt độ khác (400C, 500C) 60 Bảng 3.4 Giá trị mật độ dòng đỉnh anode (Ip,a), mật độ dòng đỉnh cathode (Ip,c), đỉnh anode (Ep,a) đỉnh cathode (Ep,c) điện cực vật liệu C-Co3O4 IO tổng hợp với điều kiện khác đo 1M KOH Tên mẫu Ip,a (mA) Ip,c (mA) Ep,a (V) Ep,c (V) ΔE (V) Bọt Niken 21,26 -16,99 1,42 1,27 0,15 Co3O4 IO - 500°C 41,55 -29,75 1,34 1,20 0,14 C-Co3O4 IO - 400°C, % 36,69 -63,10 1,18 1,04 0,14 C-Co3O4 IO - 500°C, % 47,38 -88,37 1,13 1,10 0,05 C-Co3O4 IO - 500°C, 3,5 % 42,49 -45,76 1,23 1,16 0,07 C-Co3O4 IO - 500°C, % 35,18 -53,54 1,21 1,11 0,10 Dựa vào hình 3.16 bảng 3.4 thấy giá trị hiệu điện đỉnh anode đỉnh cathode (ΔE) vật liệu C-Co3O4 IO nung kết N2 nhiệt độ 500°C với nồng độ pha tạp P123 % nhỏ đồng thời mật độ dòng đỉnh anode mật độ dòng đỉnh cathode cao Điều cho thấy vật liệu C-Co3O4 IO - 500°C, % vật liệu có khả hoạt động điện hóa tốt 61 KẾT LUẬN Qua thời gian tìm hiểu lý thuyết làm thực nghiệm chế tạo thành cơng vật liệu Co3O4 có cấu trúc nano phương pháp dùng “khn” cứng kết hợp q trình nung kết N2, khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến hình thái, cấu trúc hiệu suất xúc tác điện hóa vật liệu Kết đạt sau: - Kết khảo sát hình thái bề mặt phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) vật liệu C-Co3O4 IO chế tạo cho thấy vật liệu có dạng hình tổ ong, lỗ xốp (mao quản) xếp trật tự với kích thước đồng đều, bề mặt vật liệu xốp, đường kính tổ ong trung bình khoảng 290 nm, ngăn cách thành mao quản có bề dày khoảng 15-20 nm - Kết khảo sát thuộc tính cấu trúc vật liệu phương pháp EDX, XRD Raman cho thấy tiền chất coban biến đổi hoàn toàn thành tinh thể Co3O4 cấu trúc xốp nano, vật liệu sau pha tạp với P123 có tín hiệu cacbon - Kết khảo sát thuộc tính xúc tác điện hóa cho q trình OER HER vật liệu C-Co3O4 IO cho thấy: Hiệu suất xúc tác điện hóa phụ thuộc vào thay đổi nồng độ pha tạp P123 nhiệt độ nung Hiệu suất tối ưu đạt nồng độ pha tạp P123 % (xét khối lượng pha tạp so với tiền chất muối coban nitrat) nhiệt độ nung 500°C Kết đề tài nhằm góp phần tìm kiếm hệ vật liệu cấu trúc tiên tiến, giá thành thấp dùng làm chất xúc tác điện hóa cho q trình tiến hóa oxy, q trình tiến hóa hydro, ứng dụng tế bào tách nước điện hóa Ngồi hệ vật liệu dùng làm nguyên liệu đầu vào cho pin nhiên liệu (fuel cells) pin kim loại-khơng khí (metal-air batteries) pin litium-khơng khí, pin kẽm-khơng khí 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C Hu, L Zhang, and J Gong, “Recent progress made in the mechanism comprehension and design of electrocatalysts for alkaline water splitting,” Energy Environ 12, 2620–2645, 2019 [2] Siracusano, S., Van Dijk, N., Payne-Johnson, E., Baglio, V & Arico, A S “Nanosized IrOx and IrRuOx electrocatalysts for the O2 evolution reaction in PEM water electrolysers,” Appl Catal B-Environ 164, 488– 495, 2015 [3] Zhuang, Z., Sheng, W & Yan, Y “Synthesis of monodispere Au@Co3O4 core-shell nanocrystals and their enhanced catalytic activity for oxygen evolution reaction,” Adv Mater 26, 3950–3955, 2014 [4] Yan, D., Chen, R., Xiao, Z & Wang, S “Engineering the electronic structure of Co3O4 by carbon-doping for efficient overall water splitting,” Electrochim Acta 303, 316–322, 2019 [5] Bajdich, M., Garcia-Mota, M., Vojvodic, A., Norskov, J K & Bell, A T “Theoretical investigation of the activity of cobalt oxides for the electrochemical oxidation of water,” J Am Chem Soc 135, 13521– 13530, 2013 [6] Gu, Y et al “Hierarchical porous Co3O4@CoxFe3−xO4 film as an advanced electrocatalyst for oxygen evolution reaction,’’ RSC Adv 5, 8882–8886, 2015 [7] M.S Burke, S Zou, L.J Enman, J.E Kellon, C.A Gabor, E Pledger, S.W “Boettcher, Revised oxygen evolution reaction activity trends for 63 first-row transition-metal (oxy)hydroxides in alkaline media,” J Phys Chem Lett 6, 3737–3742, 2015 [8] C Zhu et al., “Ink-based 3D printing technologies for graphene-based materials,” Nano Lett 16, 3448-3456, 2016 [9] Zou, X et al “Efficient oxygen evolution reaction catalyzed by lowdensity Ni-doped Co3O4 nanomaterials derived from metalembedded graphitic C3N4,” Chem Commun 49, 7522–7524, 2013 [10] J Xiao et al., “Hierarchically porous graphene as a lithium-air battery electrode,” Nano Lett 11, 5071, 2011 [11] Chen J, Wu X., Selloni A "Electronic structure and bonding properties of cobalt oxide in the spinel structure,” Physical Review B 8, 245–204, 2011 [12] Li L., Zhang C., Zhang R., Gao X., He S., Liu M., Li X., Chen W "2D ultrathin Co3O4 nanosheet array deposited on 3D carbon foam for enhanced ethanol gas sensing application,” Sensors and Actuators Chemical 244, 664-672, 2017 [13] Zhu YP, Ma TY, Jaroniec M, Qiao SZ “Self-templating synthesis of hollow Co3O4 microtube Arrays for highly efficient water electrolysis,” Angew Chem Int Ed 56, 1324-1328, 2017 [14] Eftekhari A “Electrocatalysts for hydrogen evolution reaction,” Int J Hydrogen Energy 42, 11053-11077, 2017 [15] Li R, Zhou D, Luo J, Xu W, Li J, Li S, Cheng P, Yuan D “The urchinlike sphere arrays Co3O4 as a bifunctional catalyst for hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction,” J Power Sources 341, 250-256, 2017 64 [16] Du S, Ren Z, Zhang J, Wu J, Xi W, Zhu J, Fu H “Co3O4 nanocrystal ink printed on carbon fiber paper as a largearea electrode for electrochemical water splitting,” Chem commun 51, 8066-8069, 2015 [17] George G, Elias L, Hegde AC, Anandhan S “Morphological and structural characterisation of sol-gel electrospun Co3O4 nanofibres and their electro-catalytic behaviour,” Rsc Advances 5, 40940-40949, 2015 [18] Zhang H, Zhang J, Li Y, Jiang H, Jiang H, Li C “Continuous oxygen vacancy engineering of the Co3O4 layer for an enhanced alkaline electrocatalytic hydrogen evolution reaction,” J Mater Chem 7, 1350613510, 2019 [19] Wang Z, Liu H, Ge R, Ren X, Ren J, Yang D, Zhang L, Sun X “Phosphorus-doped Co3O4 nanowire array: a highly efficient bifunctional electrocatalyst for overall water splitting,” ACS Catal 8, 2236-2241, 2018 [20] George G, Elias L, Hegde AC, Anandhan S “Morphological and structural characterisation of sol-gel electrospun Co3O4 nanofibres and their electro-catalytic behaviour,” Rsc Advances 5, 40940-40949, 2015 [21] Y Hou, J Li, Z Wen, S Cui, C Yuan, J Chen, “Co 3O4 nanoparticles embedded in nitrogen-doped porous carbon dodecahedrons with enhanced electrochemical properties for lithium storage and water splitting,” Nano Energy 12, 1-8, 2015 [22] A Muthurasu, V Maruthapandian, H.Y Kim, “Metal-organic framework derived Co3O4/MoS2 heterostructure for efficient bifunctional electrocatalysts for oxygen evolution reaction and hydrogen evolution reaction,” Appl Catal., B 248, 202-210, 2019 65 [23] W Zhang, L Cui, and J Liu, “Recent advances in cobalt-based electrocatalysts for hydrogen and oxygen evolution reactions,” J Alloys Compd 821, 1535-1542, 2002 [24] A Jiang, N Nidamanuri, C Zhang, Z Li, “Ionic-liquid-assisted onestep synthesis of CoO nanosheets as electrocatalysts for oxygen evolution reaction,” ACS Omega 3, 10092-10098, 2018 [25] S Han, S Liu, R Wang, X Liu, L Bai, Z He, “One-step electrodeposition of nanocrystalline ZnxCo3-xO4 films with high activity and stability for electrocatalytic oxygen evolution,” ACS Appl Mater Interfaces.9, 17186-17194, 2017 [26] L.N Nguyen, U.T.D Thuy, Q.D Truong, I Honma, Q.L Nguyen, P.D Tran, “Electrodeposited amorphous tungsten-doped cobalt oxide as an efficient catalyst for the oxygen evolution reaction,” Chem Asian J 13, 1530-1534, 2018 [27] T.N Huan, G Rousse, S Zanna, I.T Lucas, X Xu, N Menguy, V Mougel, M “Fontecave, A dendritic nanostructured copper oxide electrocatalyst for the oxygen evolution reaction,” Angew Chem Int Ed 56, 4792-4796, 2017 [28] X.X Liu, J.B Zang, L Chen, L.B Chen, X Chen, P Wu, S.Y Zhou, Y.H Wang, A “Microwave-assisted synthesis of CoO@Co coreeshell structures coupled with N-doped reduced graphene oxide used as a superior multi-functional electrocatalyst for hydrogen evolution, oxygen reduction and oxygen evolution reactions,” J Mater Chem A 5, 58655872, 2017 66 [29] L Li, T Tian, J Jiang, L Ai, Hierarchically porous Co3O4 architectures with honeycomb-like structures for efficient oxygen generation from electrochemical water splitting,” J Power Sources 294, 103-111, 2015 [30] Y Liu, G Yu, G.D Li, Y Sun, T Asefa, W Chen, X Zou, “Coupling Mo2C with nitrogen-rich nanocarbon leads to efficient hydrogenevolution electrocatalytic sites, Angew,” Chem Int Ed 54, 10752- 10757, 2015 [31] Liu, G., Cui, J., Luo, R., Liu, Y., Huang, X., Wu, N., Jin, X., Chen, H., Tang, S., Kim, J-K., et al “2D MoS2 grown on biomass-based hollow carbon fibers for energy storage,” Appl Surf Sci 469, 854–864, 2019 [32] Jin, H., Wang, J., Su, D., Wei, Z., Pang, Z., Wang, Y “In situ cobaltcobalt oxide/N-doped carbon hybrids as superior bifunctional electrocatalysts for hydrogen and oxygen evolution,” J Am Chem Soc 137, 2688–2694, 2015 [33] Ha, Y., Shi, L., Chen, Z., Wu, R “Phase-transited lysozyme-driven formation of self-supported Co3O4 @C nanomeshes for overall water splitting,” Advanced Science 6, 2019 [34] Li, R., Zhou, D., Luo, J., Xu, W., Li, J., Li, S., Cheng, P., Yuan, D “The urchin-like sphere arrays Co3O4 as a bifunctional catalyst for hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction” J Power Sources 341, 250–256, 2015 [35] Wu, N., Qiao, X., Shen, J., Liu, G., Sun, T., Wu, H., Hou, H., Liu, X., Zhang, Y., Ji, X “Anatase inverse opal TiO2-x@N-doped C induced the dominant pseudocapacitive effect for durable and fast lithium/sodium storage,” Electrochim Acta 299, 540–548, 2019 67 [36] Sharifi, T., Gracia-Espino, E., Jia, X., Sandstrom, R., Wagberg, T “Comprehensive study of an earth-abundant bifunctional 3D electrode for efficient water electrolysis in alkaline medium,” ACS Appl Mater Interfaces 7, 28148–28155, 2015 [37] Wang, B., Xu, L., Liu, G., Zhang, P., Zhu, W., Xia, J., Li, H “Biomass willow catkin-derived Co3O4/N-doped hollow hierarchical porous carbon microtubes as an effective tri-functional electrocatalyst,” J Mater Chem 5, 20170-20179, 2017 [38] E E Benson, C P Kubiak, A J Sathrum and J M Smieja, “Electrocatalytic and homogeneous approaches to conversion of CO2 to liquid fuels,” Chem Soc Rev 38, 89–99, 2009 [39] J K Nørskov, T Bligaard, A Logadottir, J R Kitchin, J G Chen, S Pandelov and U Stimming, “Trends in the exchange current for hydrogen evolution,” J Electrochem Soc 152, 23–26, 2005 [40] Y Jiao, Y Zheng, M Jaroniec, and S Z Qiao, “Design of electrocatalysts for oxygen- and hydrogen-involving energy conversion reactions,” Chem Soc Rev 44, 2060–2086, 2015 [41] Hong, W T., Risch, M., Stoerzinger, K A., Grimaud, A., Suntivich, J., & Shao-Horn, Y “Toward the rational design of non-precious transition metal oxides for oxygen electrocatalysis,” Energy & Environmental Science 8, 1404–1427, 2015 [42] E Skulason, G S Karlberg, J Rossmeisl, T Bligaard, J Greeley, H Jonsson and J K Norskov, “Density functional theory calculations for the hydrogen evolution reaction in an electrochemical double layer on the Pt(111) electrode,” Phys Chem 9, 3241–3250, 2007 68 [43] N M Markovic, S T Sarraf, H A Gasteigert, J Philip and N Ross, J “Hydrogen electrochemistry on platinum low-index singlecrystal surfaces in alkaline solution,” Chem Soc., Faraday Trans 92, 3719–3725, 1996 [44] R V Mom, J Cheng, M T M Koper and M Sprik, “Modeling the Oxygen Evolution Reaction on Metal Oxides: The Infuence of Unrestricted DFT Calculations,” J Phys.Chem 118, 4095–4102, 2014 [45] H Dau, C Limberg, T Reier, M Risch, S Roggan and P Strasser, “The Mechanism of Water Oxidation: From Electrolysis via Homogeneous to Biological Catalysis,” ChemCatChem 2, 724–761, 2010 [46] M Li, L Zhang, Q Xu, J Niu and Z Xia, “N-doped graphene as catalysts for oxygen reduction and oxygen evolution reactions: Theoretical considerations,” J Catal 314, 66–72, 2014 [47] J Rossmeisl, Z W Qu, H Zhu, G J Kroes and J K Nørskov, J “An essential descriptor for the oxygen evolution reaction on reducible metal oxide surfaces,” Electroanal Chem 2007, 607, 83–89 [48] J D Baran, H Groănbeck and A Hellman, J Am Analysis of porphyrines as catalysts Electrochemical of O2 and Oxidation of H2O,” Chem Soc 136, 1320–1326, 2003 [49] B E Conway and B V Tilak, “Interfacial processes involving electrocatalytic evolution and oxidation of H2 and the role of chemisorbed H,” Electrochim Acta 47,3571–3594, 2002 [50] H Y Su, Y Gorlin, I C Man, F Calle-Vallejo, J K Norskov, T F Jaramillo and J Rossmeisl, “Identifying active surface phases for metal oxide electrocatalysts: a study of manganese oxide bi-functional catalysts for oxygen reduction and water oxidation catalysis,” Chem Chem Phys 14, 14010–14022, 2012 69 Phys [51] M M Rashid, M K A M H Naseem and M Danish, Int Technol J “Recent progress made in the mechanism comprehension and design of electrocatalysts for alkaline water splitting,” Eng Adv 4, 80–93, 2015 [52] A Villagra and P Millet, Int J “International Conference on Hydrogen Production,” Hydrogen Energy 44, 9708–9717, 2019 [53] K Sardar, E Petrucco, C I Hiley, J D Sharman, P P Wells, A E Russell, R J Kashtiban, J Sloan and R I Walton, “ Angew Chem., Int Ed 53, 10960–10964, 2014 [54] I Vincent, Int J “Hydrogen Production by water Electrolysis with an Ultrathin Anion-exchange membrane (AEM),” Electrochem Sci 13, 11347–11358, 2018 [55] K Zeng and D Zhang, “Recent Progress in Alkaline Water Electrolysis for Hydrogen Production and Applications Progress in Energy and Combustion Science,” Prog Energy Combust Sci 36, 307-326, 2010 [56] Neagu C, Jansen H, Gardeniers H, and Elwenspoek M, “The electrolysis of water: An actuation principle for MEMS with a big opportunity”, Mechatronics 10, 571-581, 2000 [57] Hong, W T., Risch, M., Stoerzinger, K A., Grimaud, A., Suntivich, J., & Shao-Horn, Y “Toward the rational design of non-precious transition metal oxides for oxygen electrocatalysis,” Energy & Environmental Science 8, 1404–1427, 2015 [58] Bandal, H A., Jadhav, A R., Tamboli, A H & Kim, H “Bimetallic iron cobalt oxide self-supported on Ni-Foam: An efficient bifunctional electrocatalyst for oxygen and Electrochim Acta 249, 253–262, 2017 70 hydrogen evolution reaction,” [59] Danckwerts, P V “Angewandte chemie,” Chem Eng Sci 17, 955, 1962 [60] Yan, D., Chen, R., Xiao, Z & Wang, S “Engineering the electronic structure of Co3O4 by carbon-doping for efficient overall water splitting,” Electrochim Acta 303, 316–322, 2019 [61] X Liu, Y Meng, R Li, M Du, F Zhu, and Y Zhang, “Nitrogen-doped carbon-coated cotton-derived carbon fibers as high-performance anode materials for lithium-ion batteries,” Ionics (Kiel) 25, 5799–5807, 2019 [62] V A Basiuk and E V Basiuk, “Green processes for nanotechnology: From inorganic to bioinspired nanomaterials,” Green Process Nanotechnol From Inorg to Bioinspired Nanomater.,52, 1–446, 2015 71 72 ... cường vật liệu xúc tác bề mặt cho phản ứng điện hóa [10] Với tất sở lý luận trên, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp vật liệu cấu trúc nano xốp Co3O4 pha tạp cacbon ứng dụng xúc tác điện hóa tách nước? ??... trình chế tạo vật liệu lẫn cấu trúc vật liệu Vấn đề nghiên cứu nước, tơi chưa tìm thấy công bố ứng dụng vật liệu coban oxit pha tạp cacbon có cấu trúc xốp nano xúc tác điện hóa tách nước Vì phát... ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRẦN THỊ LỆ THƯ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU CẤU TRÚC NANO XỐP Co3O4 PHA TẠP CACBON ỨNG DỤNG TRONG XÚC TÁC ĐIỆN HÓA TÁCH NƯỚC Chuyên ngành: VẬT LÍ CHẤT RẮN Mã số: 08440104 Người