CHƯƠNG 3 PHẢN ỨNG XÚC TÁC ĐIỆN HÓA CHO PIN NHIÊN LIỆU
3.3. Một số cơ chế của phản ứng khử Oxygen
3.3.4. Phản ứng khử oxygen (ORR) trên hợp kim Pt
Hoạt động xúc tác của Pt cho phản ứng ORR phụ thuộc mạnh mẽ vào năng lượng hấp phụ O2, năng lượng phân ly của liên kết O-O, năng lượng liên kết của OH trên bề mặt Pt. Cấu trúc điện tử của xúc tác Pt (Pt – obital trống d) và khoảng cách tương tác (hiệu ứng hình học) có tác dụng mạnh mẽ đến mức năng lượng này.[29] Tính toán về lý thuyết trên O2 và năng lượng liên kết OH trên một vài kim loại có dự đoán rằng Pt sẽ có hoạt tính xúc tác cao nhất trong số các kim loại thứ tự khả năng hoạt động ORR theo thứ tự Pt> Pd>
Ir> Rh. Xúc tác hợp kim Pt, PtM ( M=Fe, Co, Ni,…) sẽ có hoạt tính cao hơn Pt tinh khiết.[28]
Sự tăng hoạt tính xảy ra khi Pt tạo hợp kim với các kim loại khác được giải thích bằng sự thay đổi cấu trúc điện tử (sự tăng vân đạo d Pt trống) và tác động hình học (khoảng cách tương tác Pt-Pt). Hợp kim gây ra sự co lại của tinh thể, dẫn đến càng có nhiều khoảng cách thuận lợi hơn cho sự hấp thụ O2. Vùng d trống có thể được gia tăng sau khi tạo hợp kim, tạo ra sự tương tác mạnh giữa kim loại và O2 trong khi liên kết giữa O-O yếu dần.
Hình 3.6.Hệ số Tafel của Pt và hợp kim PtFe cho phản ứng khử oxygen
Hình 3.6. chỉ ra hệ số Tafel của Pt và hợp kim PtFe cho phản ứng khử oxygen. Hệ số Tafel cho hai xúc tác này như nhau. Tuy nhiên, mật độ dòng thay đổi của phản ứng khử oxygen trên xúc tác PtFe thì cao hơn trên Pt. Trong vùng Tafel 120 mV/dec, mật độ dòng trao đổi của xúc tác Pt là 1.63 10-8 A/cm2, trong khi đó xúc tác PtFe là 2.15 10-7 A/cm2[27]