điện hoá của mực xúc tác
Hoạt tính điện hoá của mực xúc tác CI-PAG, điều chế với các dung môi khác nhau, trong EOR được trình bày từ hình 3.34 đến hình 3.36 và bảng 3.8.
Trước hết, hoạt tính điện hoá của tất cả mực xúc tác trong EOR, môi trường kiềm đều cao hơn so với môi trường acid, kết quả này tương đồng với các nghiên cứu đã công bố về xúc tác điện hoá cho EOR, trong cả hai môi trường acid và kiềm [1, 7]. Nguyên nhân được hầu hết các tác giả đưa ra là do động học của EOR trong môi trường kiềm diễn ra thuận lợi hơn trong acid (Eonset và E1/2 trong kiềm hướng âm hơn nhiều so với trong acid).
Thứ hai, hoạt tính điện hoá của mực xúc tác CI-NBA thấp hơn so với mực xúc tác CI-WATER, trong cả hai môi trường (hình 3.34a-b). Cụ thể, trong môi trường acid, cường độ IF được sắp xếp theo chiều giảm dần: CI-WATER (1486 mA mgPt-1) > CI-NBA(1/1) (1257 mA mgPt-1) > CI-NBA(1/0,5) (857 mA mgPt-1) > CI-NBA(1/2) (742 mA mgPt-1), tỷ số IF/IB: CI-NBA(1/2) (1,12) > CI-WATER (0,83) ~ CI-NBA(1/1) (0,85) > CI-IPA(1/0,5) (0,65).
Trong môi trường kiềm, IF giảm dần theo thứ tự: CI-WATER (3.951 mA mgPt-1) > CI-NBA(1/1) (3.114 mA mgPt-1) > CI-NBA(1/0,5) (721 mA mgPt-1) > CI-NBA (1/2) (476 mA mgPt-1), và tỷ số IF/IB: CI-NBA(1/1) (2,63) > CI- IPA(1/2) (2,17) > CI- WATER (2,09) ~ CI-NBA(1/0,5) (1,98) (bảng 3.8).
a: Môi trường C2H5OH 1 M + H2SO4 0,5 M
b: Môi trường: C2H5OH 1 M + NaOH 0,5 M Hình 3.34. Phổ CV của mực xúc
tác CI-NBA trong EOR (tốc độ quét 50 mV s-1)
Nguyên nhân được giải thích do sự gắn kết thấp giữa xúc tác và nafion trong dung môi NBA, được trình bày ở mục 3.4.1, dẫn tới sự kết nối kém ở ranh giới 3 pha: hạt xúc tác, chất dẫn nafion và môi trường phản ứng [37]. Kết quả là, phản ứng oxi hoá điện hoá ethanol xảy ra khó hơn so với mực CI-
Bảng 3.8. Giá trị IF và IB của mực xúc tác PAG trong EOR
(tốc độ quét 50 mV s-1)
Trong môi trường acid Trong môi trường kiềm Mực xúc tác IF, IB, IF/IB IF, IB, IF/IB mA mgPt-1 mA mgPt-1 mA mgPt-1 mA mgPt-1 CI-WATER 1486 1784 0,83 3951 1894 2,09 CI-NBA(1/1) 1257 1478 0,85 3114 1182 2,63 CI-NBA(1/0,5) 857 1310 0,65 721 364 1,98 CI-NBA(1/2) 742 661 1,12 476 220 2,17 CI-IPA(1/1) 1187 2046 0,58 3435 1724 1,99 CI-IPA(1/0,5) 723 1261 0,57 3080 1496 2,06 CI-IPA(1/2) 1133 1693 0,67 2911 1298 2,24 CI-EtOH(1/1) 1793 2553 0,70 4751 2438 1,95 CI-EtOH(1/0,5) 719 1.095 0,66 3980 1726 2,31 CI-EtOH(1/2) 987 1.532 0,64 2364 1103 2,14
Hoạt tính điện hoá của mực CI-IPA có sự cải thiện so với mực CI-NBA (hình 3.35a-b). Cụ thể, trong môi trường acid, mật độ dòng IF được sắp xếp theo thứ tự: CI-WATER (1486 mA mgPt-1) > CI-IPA(1/1) (1187 mA mgPt-1) > CI-IPA(1/2) (1133 mA mgPt-1
) > CI-IPA(1/0,5) (723 mA mgPt-1
). Tỷ số IF/IB của mực CI-IPA thấp hơn so với mực CI-WATER, được sắp xếp như sau: CI-WATER (0,83) > CI-IPA(1/2) (0,70 > CI-IPA(1/1) (0,58) ~ CI-IPA(1/0,5) (0,57). Theo các nghiên cứu đã công bố [128, 143], trong môi trường acid, mực CI-IPA có hoạt tính điện hoá và độ ổn định điện hoá thấp hơn so với mực CI-WATER.
a: Môi trường C2H5OH 1 M + H2SO4 0,5 M;
b: Môi trường: C2H5OH 1 M + NaOH 0,5 M
Hình 3.35. Giản đồ CV của mực xúc tác CI-IPA trong EOR
(tốc độ quét 50 mV s-1)
Theo cách tương tự, trong môi trường kiềm, dãy sắp xếp của mật độ dòng IF là: CI-WATER (3951 mA mgPt-1) > CI-IPA(1/0,5) (3431 mA mgPt-1) > CI-IPA(1/1) (3234 mA mgPt-1) > CI-IPA(1/2) (2877 mA mgPt-1) và tỷ số IF/IB được trình bày theo thứ tự: CI- IPA(1/2) (2,24) > CI- WATER (2,09) ≈ CI-IPA(1/0,5) (2,06) ~
CI-IPA(1/1) (1,99).
a: Môi trường C2H5OH 1 M + H2SO4 0,5 M;
b: Môi trường: C2H5OH 1 M + NaOH 0,5 M
Hình 3.36. Giản đồ CV của mực xúc tác CI-EtOH
(tốc độ quét 50 mV s-1)
Kết quả này có thể được giải thích là do quá trình phân tách của nafion trong vi cấu trúc không đồng nhất của lớp xúc tác CI-IPA, dẫn tới làm giảm độ dẫn proton trong lớp xúc tác trong quá trình phản ứng. Kết quả là, hoạt tính xúc tác
giảm.
Quan sát giản đồ CV hình 3.36, chỉ duy nhất mẫu mực xúc tác CI-EtOH(1/1) có hoạt tính điện hóa cao hơn so với mực xúc tác CI-WATER. Cụ thể, trong môi trường acid, dãy hoạt tính điện hóa sắp xếp theo chiều giảm cường độ IF như sau: CI-EtOH(1/1) (1793 mA mgPt-1
) > CI-WATER (1486 mA mgPt-1
) > CI-EtOH(1/2) (987 mA mgPt-1) > CI-EtOH(1/0,5) (719 mA mgPt-1) và tỷ số IF/IB tương ứng là: CI-WATER (0,83) > CI-EtOH(1/1) (0,70) > CI-EtOH(1/0,5) (0,66) ~ CI- EtOH(1/2) (0,64).
Tương tự, tại môi trường kiềm, dãy giảm dần của mật độ dòng IF như sau: CI-EtOH(1/1) (4751 mA mgPt-1) > CI-WATER (3959 mA. mgPt-1) ≈ CI- EtOH(1/0,5) (3980 mA mgPt-1) > CI-EtOH(1/2) (2364 mA mgPt-1) và tỉ số IF/IB được sắp xếp theo dãy: CI- EtOH(1/0,5) (2,31) > CI-IPA(1/2) (2,14) > CI-WATER (2,09) ~ CI-EtOH(1/1) (1,95).
Các kết quả này tương ứng với kết quả đặc trưng tính chất hoá lý của mực CI-EtOH đã trình bày ở mục 3.4.1. Điều này có nghĩa là, ethanol là dung môi thích hợp nhất để điều chế mực phủ điện cực anode từ xúc tác Pt- Al/rGO, khi đó, sự liên kết giữa nafion và hạt xúc tác trở nên tốt nhất. Kết quả là, phản ứng oxi hoá điện hoá ethanol diễn ra dễ dàng hơn.