Nghiên cứu quá trình tổng hợp và tính chất vật liệu Tin doped Indium Oxide

Nghiên cứu tổng hợp và tính chất vật liệu tin doped indium oxide trong luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học, mở ra hướng đi mới cho ứng dụng.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Khương Anh
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Thị Thanh Vân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Trình Tổng Hợp Và Tính Chất Vật Liệu Oxit Indium Doped Tin
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP.HCM

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Oxit Indium Doped Tin ITO Ứng Dụng

Vật liệu oxit indium doped tin (ITO) đã thu hút sự chú ý lớn nhờ các tính chất độc đáo và ứng dụng rộng rãi. ITO là một loại vật liệu bán dẫn trong suốt, được tạo thành từ oxit indium (In₂O₃) pha tạp với oxit thiếc (SnO₂). Việc pha tạp này cải thiện đáng kể độ dẫn điện mà vẫn duy trì độ trong suốt quang học, làm cho ITO trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng. Nghiên cứu này tập trung vào quá trình tổng hợp vật liệu oxit này và các tính chất vật liệu của nó. Indium Tin Oxide được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như màn hình cảm ứng, solar cell, và LED. Việc hiểu rõ cấu trúc tinh thể ITO, tính chất điện ITO và tính chất quang học ITO là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của các thiết bị này.

1.1. Cấu Trúc và Thành Phần Của Vật Liệu ITO

Vật liệu ITO thường có cấu trúc tinh thể lập phương bixbyite của oxit indium. Việc pha tạp oxit thiếc vào cấu trúc này tạo ra các khuyết tật mạng, làm tăng nồng độ electron tự do và cải thiện độ dẫn điện ITO. Tỉ lệ In/Sn là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các tính chất của ITO. Theo nghiên cứu, tỷ lệ Sn tối ưu thường nằm trong khoảng từ 5% đến 10% khối lượng để đạt được sự cân bằng giữa độ dẫn điện và độ trong suốt.

1.2. Ưu Điểm Nổi Bật Của Indium Tin Oxide ITO

Ưu điểm chính của Indium Tin Oxide (ITO) là sự kết hợp độc đáo giữa tính chất điện ITO và tính chất quang học ITO. ITO có thể dẫn điện tốt hơn nhiều so với oxit indium nguyên chất, đồng thời vẫn giữ được độ trong suốt cao trong vùng quang phổ nhìn thấy. Điều này cho phép ITO được sử dụng làm điện cực trong suốt trong các thiết bị quang điện tử. Ngoài ra, ITO cũng có độ bền hóa học ITO và độ bền nhiệt ITO tốt, giúp kéo dài tuổi thọ của các thiết bị.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Vật Liệu Oxit ITO Giải Pháp

Mặc dù ITO có nhiều ưu điểm, việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu oxit bán dẫn này cũng đối mặt với một số thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là tối ưu hóa quy trình phương pháp chế tạo ITO để đạt được độ dẫn điện ITO cao, độ truyền suốt ITO tốt, và độ đồng đều trên diện rộng. Ngoài ra, giá thành của indium, một thành phần chính của ITO, cũng là một vấn đề cần quan tâm. Việc tìm kiếm các vật liệu thay thế ITO hoặc các phương pháp giảm thiểu việc sử dụng indium là một hướng nghiên cứu quan trọng. Nồng độ pha tạp ITO cũng cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo các tính chất mong muốn.

2.1. Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Chế Tạo Đến Chất Lượng ITO

Các thông số trong quá trình phương pháp chế tạo ITO, chẳng hạn như nhiệt độ ủ, áp suất oxy, và tốc độ lắng đọng, có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc tinh thể ITO, vi cấu trúc ITO, và các tính chất của vật liệu oxit. Ví dụ, nhiệt độ ủ quá cao có thể làm giảm diện tích bề mặt riêng ITO, trong khi áp suất oxy không phù hợp có thể dẫn đến sự hình thành các khuyết tật. Việc kiểm soát chính xác các thông số này là rất quan trọng để đạt được màng mỏng ITO chất lượng cao.

2.2. Tính Ổn Định và Độ Bền Của Vật Liệu Indium Tin Oxide ITO

Độ bền nhiệt ITO và độ bền hóa học ITO là những yếu tố quan trọng cần xem xét khi ứng dụng ITO trong các điều kiện khắc nghiệt. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng ITO có thể bị suy giảm tính chất dưới tác động của nhiệt độ cao hoặc môi trường ăn mòn. Do đó, việc cải thiện tính ổn định và độ bền của vật liệu ITO là một lĩnh vực nghiên cứu đang được quan tâm.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Vật Liệu ITO Sol Gel và Solvothermal

Có nhiều phương pháp tổng hợp ITO khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp phun xạ, phương pháp sol-gel, phương pháp lắng đọng bốc bay nhiệt, và phương pháp solvothermal. Luận văn gốc tập trung vào việc sử dụng phương pháp sol-gel và phương pháp solvothermal để tổng hợp nano vật liệu ITO. Phương pháp sol-gel là một phương pháp hóa học ướt, cho phép kiểm soát tốt thành phần và kích thước hạt. Phương pháp solvothermal là một phương pháp sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để tổng hợp vật liệu trong dung môi hữu cơ.

3.1. Tổng Hợp ITO Bằng Phương Pháp Sol Gel Ưu Điểm và Hạn Chế

Phương pháp sol-gel có ưu điểm là đơn giản, chi phí thấp và dễ dàng kiểm soát thành phần của vật liệu. Tuy nhiên, phương pháp sol-gel cũng có một số hạn chế, chẳng hạn như thời gian phản ứng dài và khả năng tạo ra các tạp chất. Nghiên cứu này khảo sát các yếu tố như nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng và nhiệt độ nung để tối ưu hóa quy trình tổng hợp ITO bằng phương pháp sol-gel.

3.2. Phương Pháp Solvothermal Giải Pháp Cho Độ Tinh Khiết Cao

Phương pháp solvothermal có ưu điểm là tạo ra vật liệu có độ tinh khiết cao và kích thước hạt đồng đều. Tuy nhiên, phương pháp solvothermal đòi hỏi thiết bị phức tạp và chi phí cao hơn so với phương pháp sol-gel. Nghiên cứu này so sánh tính chất vật liệu của ITO được tổng hợp bằng cả hai phương pháp, tập trung vào diện tích bề mặt riêng ITO và độ dẫn điện ITO.

3.3. So sánh Phương pháp Sol gel và Solvothermal

Theo luận văn gốc, mẫu ITO được tổng hợp bằng phương pháp solvothermal cho độ tinh thể cao hơn và mức độ doping của tin vào cấu trúc indium oxide rất tốt so với phương pháp sol-gel. Do đó, độ dẫn điện của mẫu ITO được tổng hợp bằng phương pháp solvothermal (1,224 S/cm) cao hơn mẫu ITO được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel (0,089 S/cm). Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện thực nghiệm cụ thể.

IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Pha Tạp Thiếc Lên Oxit Indium ITO

Việc pha tạp oxit thiếc vào oxit indium có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất điện và tính chất quang của ITO. Ảnh hưởng của pha tạp thiếc lên oxit indium là làm tăng nồng độ electron tự do, cải thiện độ dẫn điện ITO. Tuy nhiên, việc pha tạp quá nhiều thiếc có thể làm giảm độ truyền suốt ITO. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định tỷ lệ pha tạp thiếc tối ưu để đạt được hiệu suất tốt nhất.

4.1. Độ Dẫn Điện và Nồng Độ Pha Tạp Thiếc Trong Vật Liệu ITO

Mối quan hệ giữa độ dẫn điện ITO và nồng độ pha tạp ITO là một yếu tố quan trọng cần nghiên cứu. Thông thường, độ dẫn điện ITO tăng lên khi nồng độ pha tạp ITO tăng lên, nhưng đến một ngưỡng nhất định, độ dẫn điện ITO có thể giảm do sự tán xạ electron. Việc tìm ra nồng độ pha tạp ITO tối ưu là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất.

4.2. Tác Động Của Thiếc Đến Cấu Trúc Tinh Thể và Vi Cấu Trúc ITO

Việc pha tạp thiếc có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể ITO và vi cấu trúc ITO. Sự hiện diện của các ion thiếc trong mạng lưới oxit indium có thể tạo ra các khuyết tật mạng, ảnh hưởng đến sự di chuyển của electron và do đó, ảnh hưởng đến độ dẫn điện ITO. Các kỹ thuật như X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), và Atomic Force Microscopy (AFM) được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể ITO và vi cấu trúc ITO.

V. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Vật Liệu ITO Trong Công Nghệ Hiện Đại

ITO có nhiều ứng dụng của vật liệu oxit quan trọng trong công nghệ hiện đại. Do vật liệu trong suốt dẫn điện, ITO được sử dụng rộng rãi trong màn hình cảm ứng, solar cell, LED, và các thiết bị điện tử khác. Ứng dụng ITO không chỉ giới hạn trong lĩnh vực điện tử mà còn mở rộng sang các lĩnh vực như cảm biến và lớp phủ bảo vệ.

5.1. ITO Trong Màn Hình Cảm Ứng và Màn Hình Hiển Thị

ITO là một vật liệu không thể thiếu trong màn hình cảm ứng và màn hình hiển thị. Khả năng dẫn điện tốt và độ trong suốt cao của ITO cho phép tạo ra các điện cực trong suốt, cho phép ánh sáng đi qua mà vẫn đảm bảo khả năng cảm ứng. Màng mỏng ITO được sử dụng rộng rãi trong điện thoại thông minh, máy tính bảng, và các thiết bị hiển thị khác.

5.2. Ứng Dụng ITO Trong Solar Cell Thế Hệ Mới

ITO cũng được sử dụng trong solar cell để thu thập điện tích từ các lớp bán dẫn. ITO đóng vai trò là một lớp điện cực trong suốt, cho phép ánh sáng mặt trời đi vào và tạo ra dòng điện. Việc tối ưu hóa tính chất của vật liệu oxit trong solar cell có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng của thiết bị.

VI. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Vật Liệu Oxit Indium Doped Tin

Nghiên cứu về vật liệu oxit indium doped tin tiếp tục là một lĩnh vực đầy hứa hẹn với nhiều tiềm năng phát triển. Việc cải thiện phương pháp tổng hợp ITO và tối ưu hóa tính chất vật liệu có thể mở ra nhiều ứng dụng mới trong công nghệ hiện đại. Nghiên cứu sâu hơn về microstructure ITO, nano vật liệu ITO cũng sẽ đóng góp vào sự phát triển của các thiết bị điện tử và quang điện tử hiệu suất cao.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Về ITO Trong Tương Lai

Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm việc phát triển các phương pháp chế tạo ITO mới, tìm kiếm các vật liệu thay thế indium, và nghiên cứu về các ứng dụng mới của ITO trong các lĩnh vực như cảm biến sinh học và điện tử linh hoạt. Việc sử dụng phương pháp phun xạ, phương pháp sol-gel, và phương pháp lắng đọng bốc bay nhiệt cần được kết hợp với các kỹ thuật phân tích tiên tiến để hiểu rõ hơn về cấu trúc tinh thể ITO và tính chất điện ITO.

6.2. Vai Trò Của ITO Trong Sự Phát Triển Bền Vững

ITO có thể đóng góp vào sự phát triển bền vững thông qua việc cải thiện hiệu suất của solar cell và LED, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính. Nghiên cứu và phát triển vật liệu oxit bán dẫn thân thiện với môi trường là một hướng đi quan trọng trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, năng lượng và môi trường là hai vấn đề được quan tâm hàng đầu trên thế giới. Nguồn nhiên liệu hóa thạch từ than đá, dầu mỏ, khí đốt đang dần cạn kiệt. Trong khi đó, tình hình gia tăng dân số bùng nổ ở nhiều quốc gia dẫn đến nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. Bên cạnh tình hình bất ổn về năng lượng, môi trường cũng là một vấn đề nhức nhối đang được nhắc đến hàng ngày.

Lượng phát thải khí CO2 từ việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Những năm qua, trên trái đất, sự cảnh báo từ thiên nhiên ngày càng đáng sợ hơn, hiện tượng băng tan ở hai cực, nhiệt độ bình quân trên trái đất ngày càng tăng, lũ lụt, hạn hán, thiên tai … Tất cả những vấn đề trên đòi hỏi chúng ta phải tìm ra một nguồn năng lượng thay thế thân thiện với môi trường. Nhiều dạng năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu và phát triển để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch nhưng nổi trội hơn hết là pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC). Pin PEMFC có nhiều ưu điểm vượt trội như hiệu quả hoạt động cao, không sinh ra những khí độc hại, có thể tạo được nhiều mức năng lượng đáp ứng cho nhiều loại thiết bị khác nhau trong đời sống [1,2].

Tuy nhiên, hiện nay pin PEMFC đang gặp phải một vấn đề mà được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm và tìm hướng khắc phục – đó là sự ăn mòn nghiêm trọng carbon (chất mang xúc tác Pt) bên điện cực catot của pin PEMFC [3,4,5]. Sự ăn mòn carbon dẫn đến sự hao hụt Pt, kết tụ Pt trên chất mang làm giảm hiệu quả hoạt động của pin PEMFC, tốn chi phí. Gần đây, vật liệu noncarbon được đánh giá là có khả năng đáp ứng các điều kiện về diện tích bề mặt riêng, độ dẫn điện, độ bền trong môi trường hoạt động của pin PEMFC và mức độ liên kết chặt chẽ với Pt để làm chất mang thay thế carbon [3]. Từ ý tưởng trên chúng tôi nhận thấy tin-doped indium oxide (ITO) là một vật liệu noncarbon lý tưởng có khả năng đáp ứng được các yêu cầu để làm chất mang Pt cho điện cực catot của pin PEMFC.

ITO là vật liệu tin được gắn vào trong cấu trúc của indium(III) oxide để kết hợp ưu điểm của cả tin dioxide và indium(III) oxide. Tin 1 dioxide được chứng minh là có tương tác bền chặt với kim loại Pt [6], trong khi đó indium(III) oxide thì có độ dẫn điện cao, bền trong môi trường hoạt động của pin PEMFC [7]. Do đó, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quá trình tổng hợp và tính chất vật liệu Tin doped Indium oxide” với mục tiêu tổng hợp được vật liệu tin doped indium oxide và khảo sát tính chất diện tích bề mặt riêng và độ dẫn điện của vật liệu. TỔNG QUAN CHƢƠNG 1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1. Tổng quan về pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) Một trong những loại pin nhiên liệu được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất hiện nay là pin nhiêu liệu màng trao đổi proton (màng poly-perfluorocarbon sulfonate chỉ cho proton đi qua). PEMFC được sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1960 trong chương trình NASA Gemini. PEMFC hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi từ những thiết bị cầm tay như điện thoại, máy tính xách tay cho đến những sản phẩm có kích thước và năng lượng lớn hơn như xe hơi, xe buýt, tàu thủy, trạm cung cấp nhiệt.

PEMFC có nhiều ưu điểm như vận hành ở nhiệt độ thấp (khoảng 80oC), hiệu quả sử dụng năng lượng cao (khoảng 50%) và thời gian khởi động nhanh. Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiên liệu hydrogen thì sẽ không làm phát thải khí CO2 và các chất khí độc hại cho môi trường như NO2, SO2 và CO [8,9]. Cấu tạo bên trong của pin PEMFC gồm điện cực anot chứa nhiên liệu hydrogen (thường là khí thiên nhiên) và điện cực catot chứa oxygen (thường là không khí). Hai điện cực được tách nhau bởi một màng điện phân không dẫn electron, không thấm khí và chỉ cho proton H+ đi qua.

Bề mặt tiếp xúc với lớp màng điện phân được phủ lớp xúc tác Pt cho cả quá trình khử và oxy hóa ở hai bên điện cực catot và anot. Kế bên lớp xúc tác là lớp khuếch tán khí dẫn điện và có lỗ xốp cho phép các dòng chất khí phản ứng (hydrogen và oxygen) di chuyển đến lớp xúc tác để thực hiện các phản ứng và sản phẩm tạo ra (H2O) có thể thoát ra ngoài. Bên trong lớp khuếch tán khí được bố trí các kênh dẫn khí để phân phối hydrogen và oxygen đến bề mặt lớp màng. Bản chất của pin nhiên liệu PEMFC là quá trình chuyển hóa năng lượng sinh ra từ phản ứng tỏa nhiệt giữa hydrogen và oxygen để tạo thành dòng điện (Phương trình 1.1) và tạo ra sản phẩm phụ là nước.1) Tuy nhiên, quá trình phản ứng không đơn giản như phương trình nêu trên.

Phản ứng được chia thành hai quá trình nhỏ. Đầu tiên, từ đầu vào bên phía điện cực anot, phân tử hydrogen H2 khuếch tán qua lớp khuếch tán khí và tới bề mặt lớp xúc tác. Tại đây, phân tử hydrogen nhường electron để trở thành ion dương (proton H+) theo phương trình 1. Tiếp đến ion H+ sẽ đi qua lớp màng điện phân để đến điện cực catot, trong khi đó thì các electron lại không đi qua được và phải theo các kênh khí trong lớp khuếch tán khí để đi theo mạch ngoài qua bên điện cực catot.

Chính nhờ sự di chuyển của electron giúp tạo ra dòng điện cho pin nhiên liệu. Tại điện cực catot, oxygen được đưa vào pin nhiên liệu thông qua lớp khuếch tán khí và tới bề mặt lớp xúc tác với sự có mặt của Pt, H+ và electron, quá trình phản ứng xảy ra theo phương trình 1.5 để tạo ra nước. Nước khuếch tán ngược qua lớp khuếch tán khí và theo các kênh dẫn khí đi ra ngoài. Bên cạnh đó nhiệt sinh ra từ các phản ứng điện hóa cũng được làm nguội nhờ hệ thống làm lạnh tuần hoàn ở lớp dĩa dẫn nhiệt.5) 4 Động cơ điện Lớp xúc tác bên anot Lớp xúc tác bên catot H2  4H+ +4e- O2 + 4H+ +4e-  2H2O Dĩa lưỡng cực Dĩa lưỡng cực Lớp khuếch Màng điện Lớp khuếch tán khí phân tán khí Tâm phản ứng anot Tâm phản ứng catot Hình 1.

Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của pin PEMFC. * Trích từ: Internet: http://www. Những thách thức đối với pin nhiên liệu màng trao đổi proton Mặc dù pin PEMFC là năng lượng thân thiện với môi trường có nhiều ưu điểm và thu hút nhiều sự quan tâm để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, nhưng PEMFC vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề cần được nghiên cứu và một trong những vấn đề quan trọng là tìm xúc tác có độ bền và độ hoạt động cao cho phản ứng khử oxy ở điện cực catot. Xúc tác cho điện cực catot của PEMFC thương mại hiện nay hầu như là Pt đính trên chất mang carbon (Pt/C) [13].

Carbon là chất mang có nhiều ưu điểm như diện tích bề mặt lớn để phân tán các hạt nano kim loại, cấu trúc lỗ xốp giúp vận chuyển chất phản ứng, sản phẩm và khả năng dẫn điện tốt thích hợp ứng dụng cho các phản ứng điện hóa [14]. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm thì carbon vẫn còn những hạn chế cần được cải tiến. Tương tác yếu giữa kim loại và carbon dẫn đến kim loại Pt sẽ bị phá hủy theo nhiều cơ chế. Pt có thể bị kết tụ trên chất mang carbon bởi vì ở kích thước nano, các 5 hạt Pt có xu hướng kết dính với nhau để tạo các hạt lớn hơn để giảm năng lượng bề mặt.

Sự kết tụ Pt làm giảm diện tích bề mặt hoạt động ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác trong quá trình hoạt động của pin nhiên liệu (Hình 1. Bên cạnh đó, trong điều kiện hoạt động của pin nhiên liệu, Kawahara và nhóm nghiên cứu của ông đã chứng minh rằng Pt có thể bị hòa tan thành ion Pt2+ hay Pt4+ ở hai bên điện cực theo các phương trình 1.8:[5] Catot Pt  Pt4+ + 4e- (1.7) Anot PtO2 + 4H+ + 2e-  Pt2+ + 2H2O (1.8) Thêm vào đó, độ bền của carbon trong môi trường oxi hóa của pin nhiên liệu PEMFC cũng là vấn đề hạn chế nghiêm trọng. Trong quá trình hoạt động, carbon sẽ bị ăn mòn dần theo phản ứng oxi hóa không hoàn toàn (phương trình 1.9) hoặc là oxi hóa hoàn toàn (phương trình 1.10) Sự ăn mòn carbon có thể do nhiều yếu tố như thế hoạt động của pin, diện tích bề mặt carbon hay độ ẩm tương đối trong pin. Nhưng thế điện hóa có thể là yếu tố ảnh hưởng nghiêm trọng nhất.

Nhóm nghiên cứu của Kangasniemi [19] đã đưa ra các bằng chứng cho thấy sự oxi hóa bề mặt xảy ra đối với carbon Vulcan khi thế điện hóa là 0,8 V ở 65oC thì cao hơn 1,0 V tại nhiệt độ phòng. Vì vậy quá trình ăn mòn carbon ở bên điện cực catot của pin xảy ra nghiêm trọng hơn. 6 Kết tụ Hòa tan Chất mang carbon Tinh thể Pt + Ru Carbon Carbon bị ăn mòn Sự mất mát Pt và Ru Chất nền Hình 1. Hiện tƣợng Pt bị kết tụ trên chất mang carbon và carbon bị ăn mòn.

[3,4] Những hạn chế kể trên đòi hỏi phải tìm kiếm vật liệu mới bền trong môi trường catot của pin PEMFC, có khả năng dẫn điện tốt, có bề mặt riêng lớn và khả năng tương tác tốt với Pt để thay thế cho carbon. Vật liệu nền không carbon (noncarbon) đang nhận được nhiều sự quan tâm để làm chất mang thay thế cho carbon do đáp ứng được các yêu cầu kể trên [3]. Vật liệu nền không carbon (noncarbon) cho pin PEMFC Để giải quyết sự ăn mòn carbon trong pin nhiên liệu và khả năng tương tác yếu với Pt của carbon, nhiều vật liệu không carbon đã được nghiên cứu như nitrides, carbides, mesoporous silicas, polymers dẫn điện và oxides kim loại nhằm thay thế carbon. Để làm chất mang xúc tác trong pin nhiên liệu, vật liệu làm chất mang đòi hỏi 7 phải có những tính chất như độ dẫn điện tốt, khả năng chống ăn mòn cao trong điều kiện hoạt động của pin nhiên liệu, phân bố kích thước hạt đồng đều, diện tích bề mặt riêng lớn, lực liên kết với các hạt xúc tác bền vững.

Gần đây, vật liệu oxide kim loại dẫn điện nổi lên như là một đại diện tiềm năng trong số các vật liệu noncarbon nhờ đáp ứng tương đối các yêu cầu của một chất mang xúc tác cho pin nhiên liệu [3].