Trong đề tài này, mục đích chính cần hƣớng đến là điều chế vật xúc tác điện hóa nanocomposit platin trên carbon Vulcan XC-72R. Tuy nhiên một việc chúng tôi cũng quan tâm là tìm ra đặc tính của chất mang Carbon Vulcan tốt nhất. Cụ thể là chất mang đó nên đƣợc xử lý trƣớc hay không? Một số hóa chất có thể đƣợc dùng cho việc xử lý carbon Vulcan XC-72R là H2O2 [10], KOH [3], Ozon [15] và HNO3 [13]. Chúng tôi đã chọn xử lý carbon Vulcan XC-72R bằng dung dịch HNO3 với những nồng độ khác nhau. Bảng 3.1 là kết quả về hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposit Platin trên carbon Vulcan XC-72R đã xử lý và chƣa xử lý.
Bảng 3.1: Hoạt tính của vật liệu nanocomposit Platin trên carbon Vulcan
XC-72R xử lý và không xử lý trong dung dịch HNO3 với những nồng độ khác nhau.
Xúc tác ipa/ipc Hoạt tính Đƣờng quét tới (0,0 - 0,9V) Đƣờng quét về (0,9 - 0,0V) ipa (mA/cm2) Ef (V) ipc (mA/cm2) Eb (V) Pt/VC-XL HNO3 30% 8h 0,62 15,32 0,69 24,60 0,51 Pt/VC-XL HNO3 20% 8h 0,67 14,84 0,69 22,22 0,51 Pt/VC-XL HNO3 10% 8h 0,65 13,02 0,69 20,00 0,51 Pt/VC-XL HNO3 5% 8h 0,64 12,54 0,70 20,87 0,47 Pt/VC 0,58 12,04 0,67 16,35 0,51
Hình 3.1 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VulcanXC-72R
xử lý và không xử lý trong dung dịch HNO3 với những nồng độ khác nhau.
Giản đồ CV (hình 3.1) của vật liệu xúc tác nanocomposit platin trên carbon Vulcan XC-72R cho thấy khi tăng nồng độ của dung dịch axit nitric (HNO3), hoạt tính xúc tác của vật liệu chế tạo đƣợc cũng tăng. Điều trên đƣợc minh chứng cụ thể khi tăng nồng độ HNO3 từ 5% thì mật độ dòng quét tới ipa=12,54mA/cm2, ipa= 13,02mA/cm2 (trong HNO3 10%), ipa=14,84mA/cm2 (trong HNO3 20%), ipa= 15,32mA/cm2 (trong HNO3 30%). Các kết quả trên nhận đƣợc từ quá trình quét thế vòng tuần hoàn trong hỗn hợp dung dịch H2SO4 0,5M và MeOH 1M. Những kết quả dòng quét tới tăng dần tức là hoạt tính xúc tác điện hóa của vật liệu cũng tăng. Một điểm mà ta có thể thấy là hoạt tính của vật liệu xúc tác điện hóa trên chất mang đƣợc xử lý tốt hơn so với chất mang không xử lý. Điều này có thể giải thích là do ảnh hƣởng của axit nitric (HNO3) trong quá trình xử lý. Axit này sẽ oxy hóa carbon Vulcan XC-72R tạo ra nhiều nhóm oxy trên bề mặt, chính những nhóm này sẽ gây ra hiệu ứng lập thể và khống chế sự phát triển về kích thƣớc của hạt nano platin.
Ngoài ra, axit nitric (HNO3) còn phá vỡ đi nhiều vách ngăn trong carbon tạo thêm nhiều lỗ xốp, loại bỏ những nguyên tố đầu độc xúc tác nhƣ lƣu huỳnh (S) có trong carbon Vulcan XC-72R ban đầu. Qua đó giúp những hạt platin bám đƣợc nhiều hơn trên bề mặt carbon xử lý làm tăng diện tích bề mặt xúc tác mà vẫn giữ đƣợc hoạt tính xúc tác do không bị đầu độc. Nhờ những yếu tố thuận lợi khi xử lý carbon Vulcan XC-72R nhƣ: giữ hạt platin với kích thƣớc nhỏ, diện tích bề mặt xúc
tác lớn làm khả năng xúc tác của vật liệu nanocomposit chế tạo đƣợc tăng lên. Trong đề tài này, carbon Vulcan XC-72R đƣợc chọn để làm chất mang cho hạt nano platin và đƣợc xử lý với dung dịch HNO3 5%, khi càng tăng nồng độ hiệu quả cũng tăng nhƣng do đặc tính của HNO3 là một axit mạnh nếu ở nồng độ cao thì rất nguy hiểm cộng thêm khả năng bay hơi tạo ra khí NO rất độc. Do đó, HNO3 5% là sự chọn lựa thích hợp nhất.