Tổng hợp xúc tác PtMe/rGO (Me=Ni, Co, Al, Al-Si) có hoạt tính điện hóa cao trong phản ứng oxy hóa etanol

Bài báo giới thiệu các loại xúc tác trên cơ sở Pt mang trên graphen oxit đã khử (rGO) được tổng hợp và đặc trưng bởi các phương pháp hóa lý TEM, Raman và EDX. Các xúc tác đều cho thấy, pha hoạt tính là các hạt tiểu phân kích thước đồng đều (khoảng 2÷20 nm), phân tán trên chất mang graphen.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp xúc tác PtMe/rGO (Me=Ni, Co, Al, Al-Si) có hoạt tính điện hóa cao trong phản ứng oxy hóa etanolKhoa học Tự nhiênTổng hợp xúc tác PtMe/rGO (Me=Ni, Co, Al, Al-Si)có hoạt tính điện hóa cao trong phản ứng oxy hóa etanolVũ Thị Thu Hà*, Trần Thị Liên, Nguyễn Minh Đăng, Nguyễn Quang Minh,Nguyễn Thị Thảo, Vũ Tuấn AnhPhòng Thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc, hóa dầu, Viện Hóa học Công nghiệp Việt NamNgày nhận bài 9/1/2017; ngày chuyển phản biện 12/1/2017; ngày nhận phản biện 6/2/2017; ngày chấp nhận đăng 13/2/2017Tóm tắt:Bài báo giới thiệu các loại xúc tác trên cơ sở Pt mang trên graphen oxit đã khử (rGO) được tổng hợp và đặctrưng bởi các phương pháp hóa lý TEM, Raman và EDX. Các xúc tác đều cho thấy, pha hoạt tính là các hạt tiểuphân kích thước đồng đều (khoảng 2÷20 nm), phân tán trên chất mang graphen. Hoạt tính điện hóa của cácxúc tác này được đánh giá bằng các phương pháp quét thế - dòng tuần hoàn, phương pháp quét dòng theo thờigian ở thế cố định và phương pháp quét thế theo thời gian ở dòng cố định trong môi trường kiềm. Đáng chú ý,các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng sự tồn tại của Al, Si, Co và Ni làm tăng cường hoạt tính của Pt trong phảnứng oxy hóa điện hóa etanol theo thứ tự sau: Pt11,5Al12,7/rGO ≈ Pt22,1Al1,7Si3,1/rGO >> Pt2,4Ni11,1/rGO > Pt2,5Co14/rGO > Pt20,5/rGO. Đặc biệt, xúc tác Pt11,5Al12,7/rGO thể hiện độ ổn định của hoạt tính điện hóa cao nhất trongsố các xúc tác khảo sát. Sự có mặt của Al và Al-Si giúp cải thiện độ phân tán của các tiểu phân nano Pt trên bềmặt chất mang rGO, dẫn đến làm tăng hoạt tính và độ ổn định hoạt tính điện hóa của xúc tác. Bên cạnh đó, xúctác Pt22,1Al1,7Si3,1/rGO, với một lượng nhỏ Si và Al, có hoạt tính tương đương xúc tác Pt11,5Al12,7/rGO, với lượnglớn Al. Sự cải thiện đáng kể hoạt tính oxy hóa điện hóa etanol đã mở ra tiềm năng ứng dụng các xúc tác này vớivai trò là chất xúc tác trong pin nhiên liệu sử dụng etanol trực tiếp trong môi trường kiềm.Từ khóa: DEFC, oxy hóa điện hóa etanol, rGO, xúc tác Pt/rGO.Chỉ số phân loại: 1.4Mở đầuTrong những năm gần đây, pin nhiên liệu dùng etanoltrực tiếp (DEFC) đã thu hút được sự chú ý của nhiềunhà khoa học. So với các loại pin nhiên liệu khác nhưpin nhiên liệu dùng metanol hay axit foocmic, pin nhiênliệu dùng etanol có mật độ năng lượng lý thuyết cực đạicao hơn, ít độc hại hơn và nguyên liệu etanol có thể thuđược từ quá trình lên men sinh khối lignocellulose [1, 2].Tuy nhiên, phản ứng oxy hóa hoàn toàn etanol khó có thểxảy ra do sự khó khăn trong việc phá vỡ liên kết C-C củaetanol để tạo thành CO2 và H2O [3]. Pt và các xúc tác trêncơ sở Pt được coi là các giải pháp tiềm năng để giải quyếtvấn đề nêu trên, bởi các xúc tác này phù hợp với quá trìnhoxy hóa các phân tử hữu cơ có mạch cacbon ngắn. Nhưngđến nay, các ứng dụng thực tiễn của pin DEFC vẫn bị hạnchế bởi việc sử dụng điện cực Pt nguyên khối là rất tốnkém. Ngoài ra, điện cực Pt có thể dễ dàng bị ngộ độc bởiquá trình hấp phụ các sản phẩm trung gian trong quá trìnhoxy hóa etanol như axetanđêhit, axit axêtic...Để giảm thiểu quá trình ngộ độc, một số tổ hợp xúctác đa kim loại như Pt-Pd nano ống [4] hay hợp kimnano sợi Pd-M (M = Pt, Au) [5] đã được nghiên cứu. Tuynhiên, để nâng cao hơn nữa hoạt tính điện hóa của xúctác và hạn chế sử dụng các kim loại quý, việc pha tạp vớicác kim loại không thuộc nhóm kim loại quý và sử dụngchất mang graphen là một lựa chọn ưu việt. Thật vậy, vớicác tính chất hóa lý tuyệt vời như độ dẫn điện cao, diệntích bề mặt riêng tính theo lý thuyết lớn (~ 2630 m2.g-1),graphen giúp tăng khả năng phân tán của các kim loạihoạt tính. Điển hình như các xúc tác anot PtxMy/rGO, vớiM = Ru, Co, Ni [6-8].Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu điều chế các tổhợp xúc tác Pt/rGO, được biến tính bởi các chất xúc tiếntrên cơ sở Al, Al-Si, Co, Ni, hướng tới ứng dụng làm chấtxúc tác anot trong pin DEFC. Các chất xúc tác biến tínhnày thể hiện hoạt tính cao trong phản ứng oxy hóa điệnhóa etanol trong môi trường kiềm, đồng thời thể hiện độbền điện hóa được cải thiện rõ rệt so với xúc tác Pt/rGOkhông biến tính.Tác giả liên hệ: Tel: 0915322263; Email: ptntd2004@yahoo.fr*16(5) 5.201712Khoa học Tự nhiênThực nghiệmSynthesis of PtMe/rGO (Me=Ni, Co, Al, Al-Si)catalysts with high electrochemical performancefor ethanol oxidationThi Thu Ha Vu*, Thi Lien Tran, Minh Dang Nguyen,Quang Minh Nguyen, Thi Thao Nguyen, Tuan Anh VuNational Key Laboratory for Petro Chemical and Refinery Technologies,Vietnam Insitute of Industrial ChemistryReceived 9 January 2017; accepted 13 February 2017Abstract:In the study, several Pt-based anode catalystssupported on reduced graphene oxide (rGO) wereprepared and characterized by means of TEM, Raman,and EDX. Good particle dispersion onto the graphensupport, similar particle sizes (around 2÷20 nm), andthe presence of promoters were observed in all cases.Their electrochemical propeties were investigatedby cyclic vo ...