Luận án về hệ xúc tác rGO và Pd-rGO trong phản ứng oxi hóa điện hóa alcohol C1 và C2

Hệ xúc tác rGO và Pd-rGO đã trở thành tâm điểm nghiên cứu trong lĩnh vực phản ứng oxi hóa điện hóa các alcohol C1 và C2. Sự phát triển của các catalyst system này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. rGO (graphene khử oxy) được biết đến với diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, làm cho nó trở thành một chất mang lý tưởng cho các hạt nano kim loại như Pd. Việc sử dụng Pd-rGO trong các phản ứng oxi hóa điện hóa cho thấy hoạt tính cao hơn so với các xúc tác truyền thống, nhờ vào khả năng phân tán đồng đều các hạt nano trên bề mặt rGO. Điều này không chỉ tăng cường hoạt tính xúc tác mà còn cải thiện độ bền và khả năng chịu ngộ độc của xúc tác. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các carbon-based catalysts trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và hóa học bền vững.

Cơ chế của phản ứng oxi hóa điện hóa các alcohol C1 và C2 diễn ra qua hai con đường chính: con đường oxi hóa hoàn toàn và con đường oxi hóa một phần. Trong con đường oxi hóa hoàn toàn, C1 alcohols như methanol được chuyển hóa thành CO2 thông qua các hợp chất trung gian như COads. Ngược lại, con đường oxi hóa một phần tạo ra các sản phẩm như acetate và acetaldehyde. Sự hiện diện của các hợp chất này trên bề mặt xúc tác có thể dẫn đến hiện tượng ngộ độc, làm giảm hiệu suất của xúc tác. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu trúc và thành phần của Pd-rGO có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu ngộ độc và tăng cường hiệu suất chuyển hóa năng lượng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng Pd trên nền rGO có thể làm giảm năng lượng hấp phụ của các hợp chất trung gian, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình oxi hóa điện hóa.

Hệ xúc tác rGO và Pd-rGO có tiềm năng lớn trong việc phát triển các pin nhiên liệu sử dụng alcohol trực tiếp (DAFC). Các pin này có ưu điểm vượt trội so với các loại pin truyền thống nhờ khả năng chuyển hóa trực tiếp năng lượng hóa học của alcohol thành điện năng. Việc sử dụng Pd-rGO trong các pin nhiên liệu không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Các nghiên cứu cho thấy rằng Pd-rGO có thể cải thiện độ ổn định và hiệu suất của pin, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào các kim loại quý như Pt. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào việc phát triển các công nghệ hóa học xanh và năng lượng bền vững. Sự phát triển của các hệ xúc tác này có thể thúc đẩy việc thương mại hóa các pin nhiên liệu, mở ra cơ hội mới cho việc sử dụng năng lượng tái tạo trong tương lai.