5. Bố cục đề tài
1.4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU Co3O4 PHA
TẠP CÁC CACBON TRONG XÚC TÁC ĐIỆN HÓA
Trên thế giới, vấn đề tăng hiệu suất xúc tác cho quá trình tách nước điện hóa rất được quan tâm và là một con đường nghiên cứu rộng mở và nhiều tiềm năng. Bởi vì các sản phẩm của quá trình điện hóa là một nguồn năng lượng dồi dào và có ích đối với đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người. Những nguồn năng lượng đó được coi là nguồn năng lượng sạch, an toàn và tiết kiệm trong bối cảnh hiện nay.
Vì vậy, việc tìm kiếm các vật liệu mới có cấu trúc nano mục đích để tăng hiệu suất quá trình điện hóa đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm.
Năm 2019, Harshad A và các cộng sự đã nghiên cứu hợp chất sắt coban oxit trên bọt niken để tăng hiệu quả cho OER. Chất xúc tác coban oxit trên bọt niken FeCoO-NF có hiệu suất cao cho cả OER và HER với quá thế là 248 mV và 205 mV tại mật độ dòng 10 (mA.cm-2). Ngoài ra, sử dụng FeCoO-NF làm cực âm và cực dương cho một máy điện phân dung dịch kiềm cho thấy hiệu suất nhiên liệu đạt 76 % và ổn định trong 20 giờ [58].
Năm 1962, Danckwerts và các cộng sự đã nghiên cứu sự kết hợp giữa vàng và coban oxit cho sự thúc đẩy mạnh mẽ cho OER – một nửa phản ứng
điện hóa tách nước. Tuy nhiên, cơ chế đằng sau hiệu ứng tăng cường xúc tác vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể.Bằng các phép phân tích quang phổ điện tử trên vật liệu coban oxit/Au, cho thấy rằng Au hỗ trợ đặc biệt cho bề mặt coban oxit/Au linh hoạt trong hoạt động điện hóa tách nước và do đó, ngăn chặn sự hình thành một số hình thái coban oxit ít hoạt động [59].
Năm 2017, Bandal và các cộng sự đã nghiên cứu về ống nano Co3O4 pha tạp cacbon đã được điều chế thành công. Kết quả, ống nano Co3O4 pha tạp cabon có ổn định cao trong môi trường kiềm cho HER và OER [60].
Nhìn chung, những nỗ lực của các nhà nghiên cứu trên thế giới từ trước đến nay cho việc nâng cao hiệu suất xúc tác điện hóa cho quá trình OER/HER trên nền vật liệu Co3O4 và Fe, C là rất đáng ghi nhận. Tuy nhiên, việc kết hợp chúng cho quá trình tách nước điện hóa tổng thể cần phải được tiếp tục nghiên cứu và cải thiện thêm nữa cả về quy trình chế tạo vật liệu lẫn cấu trúc vật liệu. Vấn đề nghiên cứu trong nước, cho đến hiện tại tôi vẫn chưa tìm thấy một công bố nào về ứng dụng vật liệu coban oxit pha tạp cacbon có cấu trúc xốp nano trong xúc tác điện hóa tách nước. Vì vậy sự phát triển đề tài là hết sức cần thiết, và hệ vật liệu Co3O4 pha tạp C có cấu trúc xốp nano được kỳ vọng như là chất xúc tác điện hóa tiềm năng thay thế các chất xúc tác kim loại quý hiếm, với hoạt tính xúc tác vượt trội. Đề tài này sẽ mở ra hướng nghiên cứu mới triển vọng cho chúng ta trong việc chế tạo và ứng dụng các chất xúc tác điện hóa cấu trúc xốp nano đối với lĩnh vực năng lượng và môi trường.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
Từ nhiều nghiên cứu khác nhau đã cho thấy việc sử dụng vật liệu Co3O4
có cấu trúc xốp nano pha tạp với cacbon làm chất xúc tác cho quá trình tiến hoá oxy (OER) và mở rộng cho quá trình tiến hóa hydro (HER) ứng dụng trong điện hóa tách nước sẽ cho hiệu suất rất tốt, giá thành rẻ và độ bền cao. Do vậy, chúng tôi tập trung sử dụng phương pháp dùng “khuôn” cứng là các quả cầu polystyrene (PS) kết hợp quá trình nung kết trong khí nitơ để chế tạo vật liệu Co3O4 pha tạp với cacbon có cấu trúc xốp nano. Quy trình chế tạo mẫu cũng như phương pháp khảo sát tính chất của mẫu được trình bày chi tiết ở các mục sau.