ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGÔ THANH LIÊM
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA VẬT
LIỆU NANOCOMPOSITE PLATIN/CARBON (Pt/C) BẰNG PHƯƠNG
PHÁP POLYOL
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
Mã số chuyên ngành: 60 44 31
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA LÝ
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
MỞ ĐẦU 1
1. TÔ
2.4.2. Phương pháp phân tích chụp ảnh TEM 34
2.4.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 34
2.4.4. Phương pháp đo FT-IR 35
2.4.5. Phương pháp đo diện tích bề mt BET 35
2.4.6. Phương pháp chụp ảnh FE-SEM/EDX 36
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Kết quả chế tạo các vật liệu nanocomposite Pt/C 37
3.2. Kết quả chế tạo nanocomposite Pt /carbon Vulcan XC72R 39
3.2.1. Carbon Vulcan XC72R không xử lý 39
3.2.2. Carbon Vulcan XC72R xử lý 42
3.2.3. So sánh hoạt tính xúc của vật liệu nanocomposite Pt/Vulcan 52
3.3. Kết quả chế tạo nanocomposite Pt/BP 60
3.3.1. Kết quả đo CV của nanocomposite Pt/BP-XL 61
3.3.2. Kết quả TEM 63
3.3.3. Kết quả đo BET 64
3.4. Kết quả chế tạo vật liệu nanocomposite Pt/Graphene 65
3.4.1. Khảo sát hoạt tính xúc tác điện hóa của nanocomposite Pt/G 65
3.4.2. Kết quả đo dòng thời 66
3.4.3. Kết quả phân tích FT-IR của nannocomposite Pt/Graphene 67
3.4.4. Kết quả phân tích XRD của nanocomposite Pt/Graphene 69
3.4.5. Kết quả TEM 70
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71
4.1 Kết luận 71
4.2. Kiến nghị 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
PHỤ LỤC 725
cực (mA/cm
2
)
i
pc
Mật độ dòng của mũi trên đường quét về tính theo diện tích
điện cực (mA/cm
2
)
i
pa’
Mật độ dòng của mũi trên đường quét tới tính theo khối lượng
platin trên điện cực (mA/mgPt)
i
pc’
Mật độ dòng của mũi trên đường quét về tính theo khối lượng
platin trên điện cực (mA/mgPt)
Pt/C Nanocomposite platin trên chất mang carbon
Pt/VC Nanocomposite platin trên chất mang carbon Vulcan XC72R
v
Pt/VC-XL-25-11 Nanocomposite platin trên chất mang carbon Vulcan XC72R
được xử lý bằng HNO
3
5% trong 16 h, với tỷ lệ Pt/C là 25%,
điều chế trong môi trường pH=11
Pt/VC-25-11 Nanocomposite platin trên chất mang carbon Vulcan XC72R
với tỷ lệ Pt/C là 25%, điều chế trong môi trường pH=11
Pt/BP-XL-25-11 Nanocomposite platin trên chất mang carbon Black Pearl 2000
được xử lý bằng HNO
Hình 1.4: Quá trình tổng hợp OMC trên khuôn silica 17
Hình 1.5: Quá trình tổng hợp OMC trên khuôn zeolite Y 18
Hình 1.6: Carbonnanotube đơn lớp và đa lớp 19
Hình 1.7: Graphene - Vật liệu cơ bản cho buckyball, carbon nanotube và graphite .19
Hình 1.8: Cấu trúc của graphite oxide (GO) 21
Hình 1.9: Quá trình oxy hóa tách bóc graphite tạo thành GO 21
Hình 2.1: Máy đo pH IQ Scientific Instrument 23
Hình 2.2: Mấy khuấy từ IKA RET control-vis và pipet BIOHIT Proline, Đức 23
Hình 2.3: Máy ly tâm UNIVERSAL 32R HETTICH ZENTRIFUGEN 24
Hình 2.4: Quy trình xử lý Carbon 25
Hình 2.5: Quy trình chế tạo vật liệu nanocomposite Pt/C 26
Hình 2.6: Quy trình tổng hợp graphite oxide (GO) 28
Hình 2.7: Quy trình chế tạo vật liệu nanocomposite Pt/Graphene 29
Hình 2.8: Đường cong CV của vật liệu nanocomposite Pt/C 31
Hình 2.9: Máy Autolab PGSTAT 100N 32
Hình 2.10: Hệ đo điện hóa gồm 3 điện cực 32
Hình 2.11: Điện cực đối (CE) 33
Hình 2.12: Điện cực glassy carbon (WE) 33
Hình 2.13: Điện cực so sánh Ag/AgCl (RE) 33
Hình 2.14: Máy TEM, JEM-1400, Nhật 34
Hình 2.15: Máy nhiễu xạ tia X BRUKER XRD-D8 ADVANCE 34
Hình 2.16: Máy đo phổ FT- IR BRUKER EQUINOX 55. 35
Hình 2.17: Máy đo BET Nova 3200e 35
Hình 2.18: Hệ thống hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM JSM 7401F. 36
vii
Hình 3.1: Giản đồ CV của vật liệu nanocomposite Pt/VC điều chế trong môi trường
pH khác nhau 39
Hình 3.2: Giản đồ CV vật liệu nanocomposite platin trên carbon Vulcan với hàm
lượng platin khác nhau. 41
Hình 3.13: Giản đồ XRD của carbon XC đã xử lý và chưa xử lý. 54
Hình 3.14: Giản đồ XRD của nanocomposite Pt/VC-25-11. 55
Hình 3.15: Giản đồ XRD của nanocomposite Pt/VC-XL-25-11. 56
Hình 3.16: Ảnh TEM (thang đo 20nm) và giản đồ phân bố kích thước hạt nano
platin trong vật liệu nanocomposite Pt/VC-XL-25-11. 57
Hình 3.17: Ảnh TEM (thang đo 20nm) và giản đồ phân bố kích thước hạt nano
platin trong vật liệu nanocomposite Pt/VC-XL-25-6,5. 57
viii
Hình 3.18: Ảnh TEM (thang đo 20nm) và giản đồ phân bố kích thước hạt platin
trong vật liệu nanocomposite Pt/VC-25-11. 58
Hình 3.19: Ảnh TEM (thang đo 20nm) và giản đồ phân bố kích thước hạt platin
trong vật liệu nanocomposite Pt/VC-25-6,5. 58
Hình 3.20: Ảnh FE-SEM (thang đo 0,5µm) của nanocomposite Pt/VC-XL-25-11. .60
Hình 3.21: Kết quả phân tích EDX của nanocomposite Pt/VC-XL-25-11. 60
Hình 3.22: Giản đồ CV của vật liệu nanocomposite Pt/BP-XL điều chế trong môi
trường pH khác nhau. 61
Hình 3.23: Giản đồ CV của nanocomposite Pt/BP-XL-25-11 và Pt/VC-XL-25-11. 62
Hình 3.24: Ảnh TEM (thang đo 20nm) và giản đồ phân bố kích thước hạt platin
trong vật liệu nanocomposite Pt/BP-XL-25-11. 63
Hình 3.25: Ảnh TEM (thang đo 50nm) của nanocomposite Pt/BP-XL-25-11(a) và
nanocomposite Pt/VC-XL-25-11(b). 64
Hình 3.26: Giản đồ CV của vật liệu nanocomposite Pt/VC-XL-25-11 và
Pt/Graphene 25% 66
Hình 3.27: Giản đồ dòng thời của nanocomposite Pt/Graphene và Pt/VC-25-11. 66
Hình 3.28: Sơ đồ mô tả cơ chế phản ứng tổng hợp Pt/Graphene. 67
Hình 3.29: Phổ IR của graphite oxide (GO). 68
Hình 3.30: Phổ IR của Pt/Graphene. 68
Hình 3.31: Phổ IR của Pt/Graphene và graphite oxide. 69
Hình 3.32: Giản đồ XRD của vật liệu nanocomposite Pt/Graphene 69
dịch HNO
3
với nồng độ khác nhau. 42
Bảng 3.5: Hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposite Pt/VC-XL trong dung dịch
HNO
3
5% với thời gian khác nhau. 44
Bảng 3.6: Hoạt tính của nanocomposite Pt trên chất mang carbon Vulcan XC72R đã
xử lý, trong điều kiện pH khác nhau. 47
Bảng 3.7: Hoạt tính của nanocomposite Pt trên chất mang carbon Vulcan XC72R đã
xử lý trong với hàm lượng tiền chất ban đầu thay đổi 51
Bảng 3.8: So sánh hoạt tính của nanocomposite Pt trên chất mang carbon Vulcan
XC72R đã xử lý và chưa xử lý trong điều kiện pH=11. 53
Bảng 3.9: Diện tích bề mt theo BET và Langmuir của nanocomposite Pt/VC-XL-
25-11 và nanocomposite Pt/VC-25-11. 59
Bảng 3.10: Hoạt tính của nanocomposite Pt trên chất mang carbon Black pearl 2000
đã xử lý trong điều kiện pH khác nhau 61
Bảng 3.11: Hoạt tính xúc tác nanocomposite Pt/BP-XL và Pt/VC-XL 62
Bảng 3.12: So sánh diện tích bề mt của nanocomposite Pt trên chất mang carbon
Black Pearl 2000 và Vulcan XC72R đã xử lý. 65
x
Bảng 3.13: So sánh hoạt tính của nanocomposite Pt trên chất mang carbon Vulcan
XC72R và graphene. 65
Bảng 3.14: Khảo sát hoạt tính xúc tác của nanocomposite Pt/Graphene và Pt/VC-
XL-25-11 bằng phương pháp đo dòng thời. 67
1
MỞ ĐẦU
.
. ,
nh
.
.
.
v . N
hydro, methanol,
oxy (
.
T
acquy,
,
1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu
Nhi ion H
+
K
4
(O
2-
). T ion O
2-
ion H
+
. Trong
rbon (CH
4
, CH
3
CO
2
CO
2
OHOH
222
22
5
1.1.3.2. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (Proton Exchange Membrane Fuel
Cell – PEMFC)
PEMFC l
[11], [23].
eHH 442
2
OHeHO
22
244
OHOH
222
22
i oxide base
gadoli
Ceri (Ytri pha v
6
eHCOOHOHCH 66
223
OHeHO
22
366
2
3
OHCOOOHCH
2223
2
2
3
eHCOOHOHCH 66
223
OHeHO
22
366
2
3
OHCOOOHCH
2223
2
2
3
7 Hình 1.2:
Bảng 1.1: C.
(kcal/mol)
Formaldehyde
124,70
1,35
1,15
4,82
Carbon monoxide
61,60
1,33
1,22
2,04
Formic acid
68,20
1,48
1,14
1,72
8
Bảng 1.2: C.
Pin
node
a/
e
OH + H
2
O = CO
2
+
6H
+
+ 6e-
PEM
H
+
3/2 O
2
+ 6H
+
+ 6e-
= 3H
2
O
60-120
AFC
H
2
H
2
+ 2OH
-
+
2
+ 2H
+
+ 2e- =
H
2
O
160-220
MCFC
CHx, CO, H
2
H
2
+ CO
3
2-
= H
2
O +
CO
2
+ 2e-
Carbonat
CO
2
+ 2e- = O
2-
800-
1000 9
1.2. Xúc tác điện cực nanocomposite platin/carbon
1.2.1. Các tnh chất đc trưng của chất xúc tác điện cự c
)
.
(macropore) 30 35nm.
2nm
.
, ,
,
,
,
.
Đ dn nhit
.
,
.
10
,
1.2.3.2 Phương pháp ngâm tẩm
(
). Sau
2
PtCl
6
.
.
: citric acid, sodium borohydride NaBH
.
.
,
.
,
.
,
,
2
13
1.3.2. Các loại chất mang carbon trong pin nhiên liệu
1.3.2.1 Carbon black
nh Lampblack
Bảng 1.3:
, AB: acetylene black; FB: furnace black
Carbon black
(m
2
/g)
(nm)
Denka black AB
Exp. sample AB
Shavinigan AB
Conductex 975 FB
Conductex 975 FB
Black pearls 2000 FB
3950 FB
Denkikagaku kogyo
Denkikagaku kogyo
Gulf Oil
Columbian
Copyright: Tài liệu đại học ©