1.2.3.1Oxi hoá khí CO:
Phản ứng oxi hoá khí CO đã được nghiên cứu mở rộng trên Pt và vật liệu nano dựa trên Pt do các ứng dụng của nó trong hydrogen và các phân tử hữu cơ
nhỏ dựa trên pin nhiên liệu. Khí CO là một chất trung gian/sản phẩm của oxi hoá methanol, ethanol, và axit formic và việc cải thiện lại khí hydrocacbon được dùng để tổng hợp hydrogen. Việc hình thành khí CO có ảnh hưởng đáng kể lên các ứng dụng của pin nhiên liệu vì khí CO hấp thụ rất mạnh lên bề mặt của Pt và các điện cực dựa trên Pt trong bước oxi hoá liên quan đến các mẫu OH hình thành thông qua hoạt hoá H2O. Trên các điện cực Pt tinh khiết, giai đoạn hoạt hoá nước cần điện thế cao - điều này không mong đợi trong ứng dụng pin nhiên liệu.
Nỗ lực cải thiện hiệu suất của các điện cực Pt với mục đích oxi hoá khí CO bằng cách tập trung vào việc tổng hợp kích thước hạt có hiệu quả cũng tốt như việc kết hợp Pt với kim loại khác để hình thành vật liệu nano khác nhau dựa trên Pt, bao gồm Au, Co, Ir, Ni, Sn, Mo, W, Pb, Pd, và Ru [3].
1.2.3.2khử khí O2
Phản ứng khử oxy (ORR) đã được nghiên cứu rộng rãi do các ứng dụng của cực âm oxy trong các tế bào nhiên liệu. Hiệu suất xúc tác điện của catốt là một yếu tố quan trọng để tối ưu hóa sản lượng điện của các tế bào nhiên liệu. Trong số các kim loại quý tinh khiết, bạch kim có mức hoạt tính xúc tác điện cao nhất hướng khử oxy. ORR trên bề mặt Pt trong dung dịch nước xảy ra thông qua một trong hai cơ chế [3]:
O2 +4H+ +4e- →2H2O
O2 +4H+ +2e- → H2O2 +2H+ +2e- →2H2O
1.2.3.3Pin nhiên liệu (fuel cell) hidro:
Sử dụng khí H2 như một nhiên liệu có nhiều thuận lợi. Khí H2 có thể sinh ra khi điện phân nước, hoặc từ việc cải tiến methane, methanol, hoặc các nhiên liệu lỏng khác. Khi chúng di chuyển hết qua màng pin nhiên liệu (PEMFCs) với oxi, sản phẩm nước tinh khiết được sinh ra. Giữa các kim loại quý, Pt là kim loại có hoạt tính cao nhất cho ứng dụng hướng đến phản ứng oxi hoá hydro (HOR) tại anot trong PEMFCs. Để làm cho PEMFCs cạnh tranh với công nghệ xăng-điện thông thường, tiến bộ đáng kể đã được thực hiện nhằm tăng hiệu suất và giảm chi phí của PEMFCs thông qua việc sử dụng diện tích bề mặt cao và phát triển vật
liệu nano dựa trên Pt gồm hai và ba nguyên tố. Các phản ứng điện hoá trong một PEMFCs xảy ra như sau:
Tại anôt: H2→ 2H+ + 2e-
Tại catôt: ½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O
Phản ứng tổng: ½ O2 + H2→ H2O
Hình 1.9: Cấu hình cơ bản và phản ứng hóa học của PEMFC [17].
PEMFCs là các thiết bị chuyển đổi năng lượng quan trọng, trong đó chúng có tiềm năng làm giảm sự phụ thuộc vào hóa thạch nhiên liệu và giảm phát thải khí nhà kính. Sự xuất hiện xe ô tô thử nghiệm với PEMFCs năng lượng hydro bởi các công ty xe hơi lớn như Honda, GM, Mercedes Benz, Toyota, Ford và là một bước tiến quan trọng hướng tới việc đạt được cả hai mục tiêu tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường [3, 17].
1.2.3.4Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC):
Methanol cung cấp nhiều lợi thế hơn hydro, bao gồm cả sự dễ dàng vận chuyển, lưu trữ và theo lý thuyết thì mật độ năng lượng cũng cao hơn. Phản ứng oxy hóa methanol (MOR) xảy ra tại anot trong các tế bào nhiên liệu methanol một cách trực tiếp (DMFC). Bạch kim là vật liệu triển vọng nhất trong số kim loại tinh khiết trong các ứng dụng trong DMFCs cho điện thoại di động cầm tay. Bạch kim có hoạt tính cao nhất đối với sự hấp thụ và phân ly của methanol. Tuy nhiên, bề
mặt Pt tinh khiết bị bám khí CO- một sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa methanol- tại nhiệt độ phòng. Phản ứng đơn giản cho quá trình oxi hoá methanol:
CH3OH → (CH3OH)ads (methanol adsorption)
(CH3OH)ads →(CO)ads +4H+ +4e- (C-H bond activation)
(CO)ads +H2O → CO2 +2H+ +2e- (CO oxidation)
Hình 1.10:Phản ứng hoá học của pin nhiên liệu methanol [11]. Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào phân tán chất xúc tác có cấu trúc nano trên diện tích bề mặt vật liệu cao và việc phát triển của vật liệu nano dựa trên Pt với hoạt tính xúc tác điện cao nhằm oxi hoá methanol để khắc phục ảnh hưởng của khí CO [3, 11].