Bột xúc tác nano (ex-MoSe2, MoSe, CoMoS)được phân tán trong dung môi thành dạng huyền phù để tạo mực xúc tác (catalyst ink). Cụ thể, 3mg bột xúc tác được phân tán trong 1 mL dung dịch gồm C2H5OH/H2O theo tỉ lệ 1: 4 về thể tích cùng với 10 μL polymer NafionTM 117 (nồng độ 5% trong hỗn hợp rượu và nước) làm chất liên kết. Huyền phù đồng nhất thu được sau khi rung siêu âm khoảng 60 phút. Sau đó, mực xúc tác được nhỏ lên trên bề mặt điện cực làm việc. Điện cực làm việc sử dụng là một điện cực carbon vô định hình (glassy carbon – GC, đường kính 3mm, diện tích 0,071 cm2), điện cực thủy tinh phủ SnO2/F (Fluorine doped tin oxide coated glass slide – FTO, diện tích 0,2826 cm2), hoặc điện cực vàng phủ lên đế quartz (Au/SiO2, diện tích 5,22 cm2). Mật độ khối lượng xúc tác trên bề mặt điện cực là 0,212 mg/cm2. Điện cực sau khi phủ xúc tác được làm khô tự nhiên trong không khí trước khi khảo sát điện hóa.
Các phép phân tích điện hóa được thực hiện trên máy điện hóa Biologic SP50, với hệ ba điện cực: điện cực làm việc phủ xúc tác điện như mô tả ở trên, cực đối là dây Pt, điện cực so sánh là điện cực so sánh loại 2 - Ag/AgCl/ KCl 3M. Điện thế của điện cực so sánh được chuẩn hóa hàng ngày bằng cách đo thế của cặp oxi hóa- khử
[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4- trong dung dịch đệm phosphate pH 7. Giá trị điện thế đo được, được quy đổi so với điện cực hydro chuẩn (Normal Hydrogen Electrode – NHE) và điện cực hydro thuận nghịch (Reversible Hydrogen Electrode – RHE) theo các biểu thức sau:
Evs. NHE = Evs. Ag/AgCl + 0,21 (V)
Evs. RHE = Evs. Ag/AgCl + 0,21 + 0,059 . pH (V)
Các tính toán điện tích của các pic khử/pic oxi hóa, độ dốc đường Tafel, … được thực hiện trên phần mềm EC-Lab. Các dung dịch điện li sử dụng gồm: H2SO4 nồng độ 0,5 M (pH 0,3); dung dịch đệm citrate nồng độ 0,5 M (pH từ 2 đến 4); dung dịch đệm phosphate nồng độ 0,5 M (pH từ 6 đến 8), và dung dịch đệm borate nồng
50
độ 0,5 M (pH từ 9 đến 11). Với mỗi xúc tác, dung dịch điện li được lựa chọn phù hợp với mục đích nghiên cứu. Các dung dịch điện linày được làm bão hòa N2 trước khi khảo sát nhằm loại bỏ O2 hòa tan.
Quá trình quét thế tuyến tính (LSV) và quét thế tuần hoàn (CV) được thực hiện với tốc độ quét thế tương ứng là 2 mV/s và 20 mV/s. Điểm bắt đầu và kết thúc quét thế tuần hoàn tại EOC; chiều quét thế: chiều oxi hóa. Trong nghiên cứu cũng tiến hành một số phân tích điện hóa khác: áp điện thế không đổi (CA), áp dòng không đổi (CP). Giá trị điện thế và mật độ dòng được lựa chọn trong từng phân tích cụ thể, phù hợp với mục đích nghiên cứu (xem thảo luận dưới đây).
Sau khi thực hiện phép đo điện hóa, điện cực làm việc được nhúng trong nước cất để loại bỏ các thành phần bị hấp phụ vật lý lên trên bề mặt. Tiếp đó, điện cực được làm khô tự nhiên trước khi thực hiện các phân tích khác.
Trong luận án, tất cả các phép phân tích điện hóa được thực hiện tại Khoa Khoa học cơ bản và Ứng dụng, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH).