Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa trên cơ sở IrO2 cho phản ứng thoát ôxy áp dụng trong thiết bị điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton

Mục tiêu của đề tài là chế tạo các vật liệu xúc tác điện cực trên cơ sở IrO2 cho quá trình thoát ôxy trong điện phân nước màng trao đổi proton PEMWE có cấu trúc nano, có hoạt tính xúc tác và có độ bền cao; áp dụng chế tạo bộ điện phân sử dụng màng trao đổi proton PEMWE để điều chế hydro có công suất cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa trên cơ sở IrO2 cho phản ứng thoát ôxy áp dụng trong thiết bị điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- PHẠM HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XÚC TÁC ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ IrO2 CHO PHẢN ỨNG THOÁT ÔXY ÁP DỤNG TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN PHÂN NƯỚC SỬ DỤNG MÀNG TRAO ĐỔI PROTON LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Hồng Hạnh NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XÚC TÁC ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ IrO2 CHO PHẢN ỨNG THOÁT ÔXY ÁP DỤNG TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN PHÂN NƯỚC SỬ DỤNG MÀNG TRAO ĐỔI PROTON Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã sỗ: 9.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Nguyễn Ngọc Phong 2. TS. Lê Bá Thắng Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trên bất kỳ tạp chí nào đến thời điểm này ngoài những công trình của tác giả. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Phạm Hồng Hạnh ii LỜI CẢM ƠN! Lời đầu tiên với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy hướng dẫn là TS. Nguyễn Ngọc Phong và TS. Lê Bá Thắng bởi những chỉ dẫn quý báu về định hướng nghiên cứu cũng như phương pháp luận và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi cũng bày tỏ lời cảm ơn đối với Viện Kỹ thuật nhiệt đới, cũng như Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và thời gian để tôi hoàn thành luận án. Tôi đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành đến các đồng nghiệp trong Phòng ăn mòn và bảo vệ vật liệu, Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu Comfa, Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chia sẻ, đóng góp những kinh nghiệm quý báu và trợ giúp các trang thiết bị để tôi thực hiện các nghiên cứu. Và tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các đồng nghiệp, bạn bè – những người đã luôn quan tâm, động viên tôi trong suốt thời gian qua! Cuối cùng, tôi xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình và người thân của tôi - những người đã luôn động viên và tiếp sức cho tôi thêm nghị lực để tôi vững bước hoàn thành luận án. iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ......................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ viii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 5 1.1. Nền kinh tế hydro .......................................................................................... 5 1.2. Chế tạo và lưu trữ hydro ............................................................................... 7 1.3. Giới thiệu về phương pháp sản xuất hydro bằng điện phân nước ................ 8 1.3.1. Điện phân dung dịch kiềm ................................................................. 10 1.3.2. Điện phân hơi nước ........................................................................... 11 1.3.3. Điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton (PEMWE) .............. 11 1.4. Nhiệt động học và thế động học điện phân nước ........................................ 13 1.4.1. Nhiệt động học ................................................................................... 13 1.4.2. Thế động học ..................................................................................... 16 1.5. Điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton ........................................... 17 1.5.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị PEMWE......................... 17 1.5.2. Các bộ phận của thiết bị PEMWE ..................................................... 18 1.6. Xúc tác điện cực cho PEMWE.................................................................... 22 1.6.1. Khuynh hướng phát triển của xúc tác trong điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton ................................................................................. 22 1.6.2. Phương pháp tổng hợp bột xúc tác.................................................... 31 1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................. 32 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 35 2.1. Thiết bị và dụng cụ ...................................................................................... 35 2.2. Hóa chất và vật liệu ..................................................................................... 35 2.3. Chế tạo bột xúc tác ...................................................................................... 36 2.4. Phương pháp nghiên cứu đánh giá tính chất của vật liệu xúc tác ............... 37 2.4.1. Phương pháp vật lý [77] .................................................................... 37 2.4.2. Phương pháp điện hóa [78-80] ....................................................... ...