I. Cấu trúc nano bạc và bạc paladi một chiều
Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp cấu trúc nano bạc và bạc-paladi dạng một chiều, đặc biệt là cấu trúc lõi-vỏ (core-shell). Cấu trúc nano bạc được tạo ra bằng phương pháp polyol, sử dụng natri clorua và natri bromua để tạo ra các dây nano bạc dài và mỏng. Các điều kiện tối ưu bao gồm tỷ lệ mol AgNO3:PVP là 1:1.5, nhiệt độ 150°C và thời gian phản ứng 2 giờ. Bạc-paladi được hình thành bằng cách phủ một lớp mỏng paladi lên dây nano bạc thông qua phản ứng thế điện hóa. Cấu trúc lõi-vỏ được xác nhận bằng kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS).
1.1. Tổng hợp dây nano bạc
Dây nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp polyol, sử dụng natri clorua và natri bromua để tạo ra các dây nano có đường kính từ 45-55nm và chiều dài từ 6-10µm. Các điều kiện tối ưu bao gồm tỷ lệ mol AgNO3:PVP là 1:1.5, nhiệt độ 150°C và thời gian phản ứng 2 giờ. Kết quả cho thấy các dây nano bạc có cấu trúc đồng nhất và ổn định.
1.2. Tổng hợp cấu trúc lõi vỏ bạc paladi
Cấu trúc lõi-vỏ bạc-paladi được hình thành bằng cách phủ một lớp mỏng paladi lên dây nano bạc thông qua phản ứng thế điện hóa. Các mẫu với tỷ lệ bạc-paladi khác nhau (6:100, 8:100, 10:100, 12:100, 14:100) được tổng hợp và kiểm tra bằng HRTEM và EDS. Kết quả cho thấy cấu trúc lõi-vỏ rõ ràng và đồng nhất.
II. Hiệu suất điện xúc tác cho quá trình oxy hóa ethanol
Nghiên cứu đánh giá hiệu suất điện xúc tác của cấu trúc nano bạc và bạc-paladi trong quá trình oxy hóa ethanol trong môi trường kiềm. Hiệu suất điện xúc tác được đo bằng phương pháp voltammetry vòng (CV). Kết quả cho thấy bạc-paladi có hoạt tính xúc tác cao hơn so với paladi dạng nano, đặc biệt là ở tỷ lệ 10:100. Điều này chứng tỏ cấu trúc lõi-vỏ không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất.
2.1. Đánh giá hoạt tính xúc tác
Hoạt tính xúc tác của bạc-paladi được đánh giá bằng phương pháp voltammetry vòng (CV) trong môi trường 1M KOH và 1M C2H5OH. Kết quả cho thấy mẫu với tỷ lệ 10:100 có hoạt tính xúc tác cao nhất, với dòng điện đỉnh cao hơn so với paladi dạng nano. Điều này chứng tỏ cấu trúc lõi-vỏ cải thiện hiệu suất xúc tác.
2.2. So sánh với xúc tác paladi
Kết quả CV cho thấy bạc-paladi có hoạt tính xúc tác cao hơn so với paladi dạng nano trong quá trình oxy hóa ethanol. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp bạc và paladi trong cấu trúc lõi-vỏ không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất, mở ra tiềm năng ứng dụng trong pin nhiên liệu.
III. Ứng dụng trong pin nhiên liệu trực tiếp kiềm
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển pin nhiên liệu trực tiếp kiềm (ADEFC). Cấu trúc nano bạc và bạc-paladi được xem là vật liệu xúc tác tiềm năng cho quá trình oxy hóa ethanol trong pin nhiên liệu. Việc sử dụng bạc-paladi không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất, mở ra khả năng thương mại hóa pin nhiên liệu trong tương lai.
3.1. Tiềm năng thương mại hóa
Việc sử dụng bạc-paladi trong pin nhiên liệu trực tiếp kiềm không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất. Điều này mở ra tiềm năng thương mại hóa pin nhiên liệu, đặc biệt là trong các ứng dụng di động và công nghiệp.
3.2. Tác động môi trường
Việc sử dụng pin nhiên liệu trực tiếp kiềm với xúc tác bạc-paladi giúp giảm lượng khí thải CO2 và các chất ô nhiễm khác. Điều này góp phần bảo vệ môi trường và hướng tới một nguồn năng lượng sạch và bền vững.
