Hỗn dịch phủ điện cực được chuẩn bị bằng cách đồng nhất 0,9 mL huyền phù dịch xúc tác (có hàm lượng 1 mg.mL-1) và 0,3 mL nafion 1%, trên thiết bị rung
siêu âm dầu dị cơng suất 750 W trong 2-3 phút. Dùng micropipet hút chính xác 10 µL hỗn dịch trên phủ lên bề mặt điện cực carbon thủy tinh, sử dụng hệ chân không làm khô bề mặt điện cực trong 10-15 phút trong môi trường chân khơng. Dung dịch điện hóa được sục bão hịa N2 nhằm loại bỏ O2 dư trước khi thực hiện các phép đo.
✓ Diện tích bề mặt hoạt động điện hóa (ECSA) của các xúc tác trong hai
môi trường phản ứng được xác định dựa trên phép đo dịng thế tuần hồn (CV), ở nhiệt độ phòng lần lượt trong hai môi trường điện li H2SO4 0,5 M và NaOH 0,5 M với tốc độ quét 50 mV.s-1.
❖ Trong môi trường axit, ECSA (m2.g-1Pt) của các xúc tác được xác định
bằng phép đo điện lượng thu hồi (QH, C.m-2) trong phương pháp hấp phụ/nhả hấp phụ H2 trên bề mặt điện cực, dựa trên biểu thức sau [122, 123]:
ECSA = QH/(2,1 × [Pt]) (1)
trong đó, [Pt] (g.m-2) là lượng Pt phủ trên bề mặt điện cực và 2,1 (C.m-2) là điện lượng cần thiết để oxi hóa một lớp H2 trên bề mặt Pt.
❖ Trong môi trường kiềm, do tín hiệu pic tương ứng với quá trình hấp phụ/nhả hấp phụ H2 trên bề mặt điện cực khá yếu và khơng rõ ràng, do đó, định lượng ECSA được tính tốn bằng cách xác định điện tích tiêu thụ (QPtO-red) tương ứng với tín hiệu pic khử platinum oxide thơng qua biểu thức sau [122, 123]:
ECSA = QPtO-red /(4,2 × [Pt]) (2) trong đó:
[Pt] (g.m-2) là lượng Pt phủ trên điện cực và 4,2 (C.m-2) là điện lượng cần thiết để khử một lớp PtO.
Các giá trị QH và QPtO-red được tính tốn tự động trên phần mềm điện hóa.
✓ Hoạt tính điện hóa trong EOR và MOR được đánh giá bằng đường quét
❖ Trong môi trường axit (C2H5OH 1 M + H2SO4 0,5 M) khoảng thế từ 0 đến 1 V với tốc độ quét thế 50 mV.s-1. Độ bền xúc tác được đánh giá bằng phép đo biến thiên mật độ dòng theo thời gian (CA - Chronopotentiometry) tại thế không đổi.
❖ Trong môi trường kiềm (C2H5OH 1 M +NaOH 0,5 M) khoảng thế từ -0,8 đến 0,5 V với tốc độ quét 50 mV.s-1. Độ bền xúc tác được đánh giá bằng phép đo CA tại thế không đổi.
2.4.2 Phương pháp đánh giá độ ổn định hoạt tính xúc tác
Độ ổn định hoạt tính xúc tác được đánh giá qua số vòng quét liên tiếp của phép đo dịng thế tuần hồn (CV) trong 2 môi trường axit và kiềm của phản ứng EOR với các thông số kỹ thuật sau:
- Trong môi trường axit (C2H5OH 1 M + H2SO4 0,5 M) khoảng thế từ 0 đến 1 V với tốc độ quét thế 50 mV.s-1. Sau mỗi 120 lần quét CV, thay dung dịch điện hóa mới trong khi vẫn giữ nguyên điện cực làm việc và các thông số kỹ thuật. Lặp lại phương pháp đo như trên từ 120 đến 1200 vòng quét;
- Trong môi trường kiềm (C2H5OH 1 M +NaOH 0,5 M) khoảng thế từ -0,8 đến 0,5 V với tốc độ quét 50 mV.s-1. Sau mỗi 120 lần quét CV, thay dung dịch điện hóa mới trong khi vẫn giữ nguyên điện cực làm việc và các thông số kỹ thuật. Lặp lại phương pháp đo như trên từ 120 đến 400 vòng quét.
2.4.3 Phương pháp đo cơng suất mơ hình DAFC
Hình 2.7. Mơ hình DAFC, diện tích điện cực 10 cm2 (3,3 × 3,3 cm)
Hoạt tính của xúc tác được chọn trong số các xúc tác khảo sát được đánh giá hoạt tính thơng qua giá trị mật độ công suất của mơ hình DAFC diện tích điện cực 10 cm2 (3,3 × 3,3 cm) (Hình 2.7), bằng phép đo đường phân cực tại 50oC, sử dụng 2 loại màng trao đổi ion bao gồm: màng trao đổi proton (PEM), màng nafion 117 (Fuelcell store, Mỹ) và màng trao đổi anion (AEM), FAA-3- PK-130 (Fuelcell store, Mỹ), tại PTNTĐ. Trong đó, catot được sử dụng là catot thương mại có thành phần là Pt/Carbon black phủ trên vải carbon, mật độ 4 mgPt.cm-2 (Fuelcell store, Mỹ), nạp dịng khí O2 ở áp suất 1 bar. Điện cực anot phủ xúc tác được chọn với mật độ xúc tác là 1,0 mgPt.cm-2; với PEM - DAFC, nhiên liệu được sử dụng là dung dịch alcohol 2 M; với AEM - DAFC là dung dịch alcohol 2 M + NaOH 1 M, tốc độ nạp nhiên liệu là 10 mL.phút-1.
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu tổng hợp GQDs từ đệm carbon
Đệm carbon có tính dẫn điện tử tốt, có diện tích bề mặt và độ xốp cao, giá thành rẻ so với các nguồn nguyên liệu carbon khác như sợi carbon, giấy carbon và XC-72 [120]. Luận án nghiên cứu tổng hợp GQDs từ nguồn nguyên liệu sẵn có này, nhằm tiến tới giảm chi phí cho q trình tổng hợp chất mang GQDs.
3.1.1 Đặc trưng tính chất của đệm carbon
Quan sát các kết quả chụp SEM của mẫu nguyên liệu đệm carbon (hình 3.1) cho thấy, đệm carbon có cấu trúc dạng sợi dài, mảnh, đan xen dày đặc vào nhau, có đường kính cỡ 10-20 µm.