Hỗ trợ TixW1-xO2 cho Platinum: Tăng cường hoạt động và khả năng chống CO trong pin nhiên liệu rượu trực tiếp

PLEDGE

ABSTRACT

TÓM TẮT LUẬN ÁN

ACKNOWLEDGEMENTS

1. LIST OF TABLES

2. LIST OF FIGURES

3. LIST OF SYMBOLS AND ABBREVIATIONS

4. MOTIVATION OF RESEARCH

5. INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW

5.1. Direct alcohol fuel cells (DAFCs)

5.2. Overview of DAFC technologies

5.3. Research history of direct alcohol fuel cells

5.4. Alcohol electro-oxidation on the Pt nanocatalysts

5.5. Methanol electro-oxidation reaction (MOR) on the Pt surface

5.6. Ethanol electro-oxidation reaction (EOR) on the Pt surface

5.7. Challenges of Pt-based catalyst in direct alcohol fuel cells

5.8. Platinum dissolution and growth

5.9. Non-carbon support for Pt-based electrocatalyst

5.10. Advantages and challenges of non-carbon nanosupport for DAFCs

5.11. State-of-the-art M-doped TiO2 support for alcohol electro-oxidation (AOR)

5.12. Tungsten-doped TiO2 nanosupport for direct alcohol fuel cells

5.13. One-dimensional (1D) Pt-based catalysts for the alcohol electro-oxidation

5.14. Advantages and challenges of 1D Pt-based nanostructures

5.15. Preparation of 1D Pt-based electrocatalysts

5.16. State-of-the-art 1D Pt-based electrocatalysts

5.17. Strategy and research objectives

6. MATERIAL AND EXPERIMENTS

6.1. Fabrication of non-carbon TixW1-xO2 (x = 0.8)

6.2. Fabrication of 20 wt% Pt/TixW1-xO2 (x = 0.8)

6.3. Fabrication of 1D Pt nanowires (NWs) on the Ti0.3O2

6.4. Preparation of 1D-bimetallic Pt3Co NWs on the Ti0.3O2

6.5. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)

6.6. Transmission electron microscopy (TEM)

6.7. Scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDX) mapping measurement

6.8. Brunauer-Emmett-Teller (BET) method

6.9. Electrical conductivity measurement

6.10. Preparation of electrocatalytic ink

6.11. Cyclic voltammetry (CV) test

6.12. Alcohol electro-oxidation reaction (MOR, EOR)

6.13. CO-stripping voltammetry test

6.14. Accelerated durability test (ADT)

7. SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF THE TixW1-xO2 (x = 0.8) NANOMATERIALS AS ROBUST NON-CARBON SUPPORTS FOR PLATINUM NANOPARTICLES IN DIRECT ETHANOL FUEL CELLS

7.1. Characterization of various TixW1-xO2 (x = 0.8)

7.2. Effect of differential Ti: W ratio on nanostructures

7.3. Effect of differential Ti: W ratio on particle size and morphology

7.4. Effect of differential Ti: W ratio on the surface area

7.5. Effect of differential Ti: W ratio on the electrical conductivity

7.6. Characterization of 20 wt% Pt/TixW1-xO2 (x = 0.8)

7.7. Electrochemical characterization of electrocatalysts

8. ONE-DIMENSIONAL Pt NANOWIRES ON Ti0.3O2 SUPPORT WITH EFFECTIVE ELECTRO-ACTIVITY FOR ALCOHOL ELECTRO-OXIDATION

8.1. Formation of the 1D Pt nanowires on Ti0.3O2

8.2. Effect of reduction times on the growth of 1D Pt nanowires

8.3. Effect of loading amount of Pt on the growth of 1D Pt nanowires

8.4. A proposed mechanism for the formation of 1D Pt NWs/Ti0.3O2

8.5. Characterization of 1D Pt NWs/Ti0.3O2

8.6. Electrochemical characterization of 1D Pt NWs/Ti0.3O2

9. SUPERIOR CO-TOLERANCE AND STABILITY FOR ALCOHOL ELECTRO-OXIDATION REACTION OF 1D-BIMETALLIC PLATINUM-COBALT NANOWIRES ON Ti0.3O2

9.1. Characterization of 1D Pt3Co NWs/Ti0.3O2

9.2. Electrochemical properties of 1D Pt3Co NWs/Ti0.3O2

9.3. Electrochemical properties of 1D Pt3Co NWs/Ti0.3O2 (continued)

10. CONCLUSIONS AND SCIENTIFIC CONTRIBUTION

11. LIST OF PUBLICATIONS

12. LIST OF CONFERENCES

13. LIST OF RESEARCH PROJECTS

I. Tổng quan về Hỗ trợ TixW1 xO2 cho Platinum trong pin nhiên liệu

Hỗ trợ TixW1-xO2 cho Platinum đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng để cải thiện hiệu suất của pin nhiên liệu rượu trực tiếp. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các cấu trúc nano TixW1-xO2 nhằm tăng cường hoạt động và khả năng chống CO của xúc tác Platinum. Việc sử dụng TixW1-xO2 không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến sự hòa tan của Platinum trong quá trình hoạt động của pin.

1.1. Tại sao TixW1 xO2 lại quan trọng trong pin nhiên liệu

TixW1-xO2 đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính ổn định và hiệu suất của xúc tác Platinum. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng TixW1-xO2 có thể làm tăng diện tích bề mặt và độ dẫn điện, từ đó nâng cao khả năng xúc tác trong quá trình oxi hóa ethanol.

1.2. Các ứng dụng của pin nhiên liệu rượu trực tiếp

Pin nhiên liệu rượu trực tiếp có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như giao thông vận tải và thiết bị di động. Chúng cung cấp một nguồn năng lượng sạch và hiệu quả, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Thách thức trong việc sử dụng Platinum trong pin nhiên liệu

Mặc dù Platinum là một xúc tác hiệu quả, nhưng nó cũng gặp phải nhiều thách thức trong quá trình hoạt động. Sự hòa tan của Platinum và hiện tượng 'độc hại CO' là những vấn đề chính cần được giải quyết để cải thiện hiệu suất của pin nhiên liệu rượu trực tiếp.

2.1. Vấn đề hòa tan của Platinum

Hòa tan Platinum trong môi trường axit có thể dẫn đến sự giảm hiệu suất của pin nhiên liệu. Điều này xảy ra khi các ion Platinum bị hòa tan và làm giảm số lượng xúc tác có sẵn cho phản ứng.

2.2. Hiện tượng độc hại CO trong pin nhiên liệu

Hiện tượng độc hại CO xảy ra khi CO bám vào bề mặt xúc tác, làm giảm khả năng xúc tác của Platinum. Điều này gây ra sự suy giảm hiệu suất và ổn định của pin nhiên liệu.

III. Phương pháp cải thiện hiệu suất pin nhiên liệu với TixW1 xO2

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến Platinum, nghiên cứu đã phát triển các cấu trúc nano TixW1-xO2 với các tính năng xúc tác đa chức năng. Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn tăng cường khả năng chống CO của xúc tác.

3.1. Cấu trúc nano TixW1 xO2 và tính năng của nó

Cấu trúc nano TixW1-xO2 được thiết kế để tối ưu hóa diện tích bề mặt và độ dẫn điện. Điều này giúp tăng cường khả năng xúc tác và giảm thiểu hiện tượng độc hại CO.

3.2. Kết hợp giữa TixW1 xO2 và Platinum

Việc kết hợp TixW1-xO2 với Platinum đã cho thấy sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất xúc tác. Các nghiên cứu cho thấy rằng xúc tác 20 wt% Pt/TixW1-xO2 có hiệu suất cao hơn so với các xúc tác truyền thống.

IV. Kết quả nghiên cứu về hiệu suất của TixW1 xO2 trong pin nhiên liệu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng TixW1-xO2 có thể cải thiện hiệu suất của pin nhiên liệu rượu trực tiếp một cách đáng kể. Các kết quả cho thấy rằng xúc tác 20 wt% Pt/TixW1-xO2 có hoạt tính cao hơn và khả năng chống CO tốt hơn so với các xúc tác truyền thống.

4.1. Hiệu suất xúc tác của 20 wt Pt TixW1 xO2

Xúc tác 20 wt% Pt/TixW1-xO2 cho thấy hoạt tính cao với 260.23 mA mgPt-1, vượt trội hơn so với xúc tác 20 wt% Pt/C truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng TixW1-xO2 là một lựa chọn tiềm năng cho các ứng dụng pin nhiên liệu.

4.2. Khả năng chống CO của xúc tác

Khả năng chống CO của xúc tác 20 wt% Pt/TixW1-xO2 được chứng minh qua các thử nghiệm, cho thấy sự suy giảm hoạt tính thấp hơn so với xúc tác truyền thống sau 5000 vòng quét.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về TixW1-xO2 như một hỗ trợ cho Platinum trong pin nhiên liệu rượu trực tiếp mở ra nhiều triển vọng cho các ứng dụng năng lượng sạch. Việc phát triển các cấu trúc nano mới có thể giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của pin nhiên liệu trong tương lai.

5.1. Tương lai của pin nhiên liệu rượu trực tiếp

Pin nhiên liệu rượu trực tiếp có tiềm năng lớn trong việc cung cấp năng lượng sạch và hiệu quả. Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc nano và cải thiện tính ổn định của xúc tác.

5.2. Ứng dụng của TixW1 xO2 trong các lĩnh vực khác

Ngoài pin nhiên liệu, TixW1-xO2 có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác như xúc tác hóa học và xử lý nước thải, mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này.