Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác oxi hóa điện hóa trên cơ sở Pt và chấm lượng tử graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp alcohol

• Tác giả: Lâm Thị Tho
• Người hướng dẫn: GS. Vũ Thị Thu Hà
• Trường học: Viện Hóa Học Công Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Tổng hợp xúc tác oxi hóa điện hóa từ Pt và chấm lượng tử graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu alcohol
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về vật liệu chấm lượng tử graphen
• 1.1.1. Một số khái niệm chung
• 1.1.2. Ứng dụng của vật liệu graphen chấm lượng tử
• 1.1.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu graphen chấm lượng tử
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về vật liệu GQDs ứng dụng trong pin nhiên liệu
• 1.2.1. Pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp alcohol
• 1.2.2. Phân loại xúc tác trên cơ sở Pt ứng dụng trong pin nhiên liệu
• 1.2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính xúc tác trên cơ sở Pt ứng dụng trong pin nhiên liệu
• 1.2.4. Một số kết quả nghiên cứu về tổng hợp xúc tác trên cơ sở Pt/GQDs ứng dụng trong pin nhiên liệu DAFC
• 1.3. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu GQDs ở Việt Nam
• 1.4. Các kết luận rút ra từ tổng quan
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Dụng cụ, hóa chất và thiết bị
• 2.2. Dụng cụ, thiết bị
• 2.3. Phương pháp tổng hợp chất mang và xúc tác
• 2.3.1. Tổng hợp chất mang GQDs
• 2.3.2. Tổng hợp chất mang GQDs-GO
• 2.3.3. Tổng hợp xúc tác trên cơ sở Pt/GQDs
• 2.3.4. Tổng hợp xúc tác Pt/(GQDs-rGO)
• 2.3.5. Phương pháp biến tính xúc tác trên cơ sở xúc tác Pt/(GQDs-rGO)
• 2.4. Các phương pháp đặc trưng tính chất của vật liệu
• 2.5. Phương pháp đánh giá hoạt tính của xúc tác
• 2.5.1. Phương pháp đánh giá hoạt tính điện hóa của xúc tác
• 2.5.2. Phương pháp đánh giá độ ổn định hoạt tính xúc tác
• 2.5.3. Phương pháp đo công suất mô hình DAFC
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu tổng hợp GQDs từ đệm carbon
• 3.1.1. Đặc trưng tính chất của đệm carbon
• 3.1.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp GQDs
• 3.1.3. Nghiên cứu quá trình tinh chế để thu được sản phẩm GQDs
• 3.2. Nghiên cứu tổng hợp xúc tác kim loại quý Pt mang trên chất mang GQDs
• 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng kim loại Pt tới hoạt tính xúc tác Pt/GQDs
• 3.2.2. Hoạt tính điện hóa của các xúc tác Pt/GQDs với các hàm lượng Pt khác nhau
• 3.2.3. Đánh giá độ ổn định hoạt tính của xúc tác Pt-3(2
• 3.3. Nghiên cứu tổng hợp xúc tác kim loại quý Pt mang trên chất mang GQDs-GO
• 3.3.1. Kết quả đặc trưng vật liệu GQDs-GO
• 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng kim loại Pt tới hoạt tính xúc tác Pt/(GQDs-rGO)
• 3.3.3. Nghiên cứu biến tính xúc tác Pt-9(6
• CÁC ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận án tiến sĩ

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc tổng hợp xúc tác oxi hóa điện hóa từ Pt và chấm lượng tử graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu alcohol. Nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất và độ bền của xúc tác, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Pin nhiên liệu alcohol (DAFC) được xem là giải pháp tiềm năng trong bối cảnh nhu cầu năng lượng tăng cao và sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch. Chấm lượng tử graphen (GQDs) được chọn làm chất mang do tính dẫn điện cao, diện tích bề mặt lớn và khả năng điều chỉnh nhóm chức bề mặt.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận án tiến sĩ là tổng hợp xúc tác trên cơ sở Pt và GQDs, ứng dụng trong phản ứng oxi hóa etanol (EOR) và metanol (MOR). Nghiên cứu cũng hướng đến việc cải thiện độ bền và hiệu suất của xúc tác, góp phần thúc đẩy ứng dụng pin nhiên liệu alcohol trong thực tiễn.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này mang lại đóng góp quan trọng trong lĩnh vực xúc tác điện hóa và pin nhiên liệu. Việc sử dụng GQDs làm chất mang không chỉ cải thiện hiệu suất xúc tác mà còn giảm thiểu tác động môi trường. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong sản xuất pin nhiên liệu alcohol, góp phần giải quyết vấn đề năng lượng bền vững.

II. Tổng hợp xúc tác oxi hóa điện hóa

Phần này tập trung vào quá trình tổng hợp xúc tác trên cơ sở Pt và GQDs. Pt được chọn do khả năng xúc tác mạnh trong phản ứng oxi hóa alcohol, trong khi GQDs đóng vai trò chất mang hiệu quả nhờ diện tích bề mặt lớn và tính dẫn điện cao. Quá trình tổng hợp bao gồm các bước: chuẩn bị GQDs, phân tán Pt lên bề mặt GQDs, và đánh giá hoạt tính xúc tác.

2.1. Tổng hợp chấm lượng tử graphen

GQDs được tổng hợp từ đệm carbon thông qua quá trình oxi hóa và tinh chế. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng được khảo sát để tối ưu hóa quá trình. GQDs thu được có kích thước nano, độ dẫn điện cao và khả năng phát quang tốt.

2.2. Phân tán Pt trên GQDs

Pt được phân tán lên GQDs bằng phương pháp hóa học, đảm bảo sự đồng đều và ổn định của các hạt nano Pt. Kết quả cho thấy, Pt/GQDs có hoạt tính xúc tác cao trong phản ứng oxi hóa etanol và metanol.

III. Ứng dụng trong pin nhiên liệu alcohol

Pin nhiên liệu alcohol (DAFC) là ứng dụng chính của nghiên cứu này. Xúc tác điện hóa trên cơ sở Pt/GQDs được đánh giá thông qua các phép đo điện hóa như CV, CA và ECSA. Kết quả cho thấy, xúc tác có hoạt tính cao, độ bền tốt và khả năng chuyển hóa năng lượng hiệu quả.

3.1. Đánh giá hoạt tính xúc tác

Hoạt tính của Pt/GQDs được đánh giá trong cả môi trường axit và kiềm. Kết quả cho thấy, xúc tác có khả năng oxi hóa etanol và metanol hiệu quả, với mật độ dòng cao và độ ổn định tốt.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Xúc tác Pt/GQDs được ứng dụng trong mô hình pin nhiên liệu alcohol, cho kết quả khả quan về công suất và hiệu suất chuyển hóa năng lượng. Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp năng lượng.

IV. Kết luận và đóng góp

Luận án tiến sĩ đã thành công trong việc tổng hợp xúc tác oxi hóa điện hóa từ Pt và GQDs, ứng dụng hiệu quả trong pin nhiên liệu alcohol. Nghiên cứu không chỉ cải thiện hiệu suất xúc tác mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất và tác động môi trường. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

4.1. Đóng góp khoa học

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của GQDs làm chất mang cho Pt, cải thiện hoạt tính và độ bền của xúc tác. Đây là đóng góp quan trọng trong lĩnh vực xúc tác điện hóa.

4.2. Triển vọng ứng dụng

Kết quả nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất pin nhiên liệu alcohol, góp phần giải quyết vấn đề năng lượng bền vững và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.