Để nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần hóa học (tỉ lệ Co/Mo trong CoMoS) đến độ ổn định của xúc tác, chúng tôi tiếp tục khảo sát mẫu Co1,12MoS3,99. Xúc tác làm việc trong H2SO4 pH 0,3; áp thế khử -0,2 V vs. RHE. Thí nghiệm được tiến hành tương tự với mẫu Co0,18MoS2,76 (mục 4.4.3.2). Các kết quả thể hiện: xu hướng lắng đọng xúc tác lên điện cực cũng xảy ra đối với Co1,12MoS3,99 (bảng S4.13, bảng S4.14
và hình S4.8). Tuy nhiên, do tỉ lệ Co lớn hơn nên các đặc trưng của quá trình làm việc xúc tác cũng khác biệt rõ rệt, thể hiện ở hình 4.24. So với Co0,18MoS2,76, điện cực Co1,12MoS3,99 có: (i) tốc độ lắng đọng xúc tác nhỏ hơn (trong 15 phút đầu tiên là 0,008 μg/phút so với 0,043 μg/phút) (hình 4.24a); (ii) tỉ lệ xúc tác bị hòa tan lớn hơn (43,8%, so với 23,8%) (hình 4.24b); (iii) thời gian cần thiết để hệ đạt trạng thái cân bằng tại -0,2 V vs. RHE lâu hơn (khoảng 120 phút so với khoảng 60 phút) (hình 4.24c); (iv)mật độ dòng xúc tác nhỏ hơn (hình 4.24d). Nói cách khác, khi hàm lượng Co trong CoMoS lớn (Co/Mo ≥ 1,12) thì cả độ bền và hoạt tính xúc tác đều giảm.
Có thể hiểu là, sự khác biệt về thành phần hóa học (và do đó là khác biệt về thành phần pha - mục 4.1) đã dẫn đến ứng xử khác nhau của các vật liệu, ở cả trạng thái nghỉ (mục 4.4.2) và khi làm việc trong điều kiện khử. Thực tế, Co1,12MoS3,99 là hỗn hợp của các pha CoMoS, MoS và CoS. Trong cùng khối lượng xúc tác (4,5 μg) thì khối lượng của pha CoMoS trong Co1,12MoS nhỏ hơn so với trong Co0,18MoS2,76. Ngoài ra, trong điều kiện áp thế -0,2 V vs. RHE, pha MoS2,46 và CoS- hầu như không bị lắng đọng lại (đã đề cập ở mục 4.4.3.2). Vì vậy, Co1,12MoS3,99 có tỉ lệ hòa tan lớn hơn, tốc độ lắng nhỏ hơn so với Co0,18MoS2,76. Mật độ dòng xúc tác của Co1,12MoS3,99 nhỏ hơn so với Co0,18MoS2,76 đã được thảo luận chi tiết trong mục 4.2. Đồng thời, khi xúc tác bị tách pha thì thành phần các ion trong dung dịch và dạng tồn tại của chúng có thể phức tạp hơn trường hợp chỉ có một pha CoMoS duy nhất trong xúc tác. Bởi vậy, cơ chế chính xác về hiện tượng xảy ra với Co1,12MoS3,99 cần tiếp tục nghiên cứu.
125
Hình 4.24. So sánh các đại lượng của Co1,12MoS3,99 và Co0,18MoS2,76 CA tại -0,2 V
vs. RHE trong H2SO4: (a). Tốc độ lắng đọng xúc tác; (b). Tỉ lệ xúc tác bị hòa tan; (c). Tỉ lệ Co/Mo; (d). Tỉ lệ mật độ dòng/khối lượng xúc tác