I. Tổng quan về vật liệu composite platin
Vật liệu composite platin/graphene oxit dạng khử (Pt/rGO) đã trở thành tâm điểm nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu composite nhờ vào tính chất vượt trội của nó. Vật liệu này được tổng hợp từ graphene oxit (GO) và axit cloroplatinic (H2PtCl6). Phương pháp tổng hợp GO từ graphite (Gi) bằng phương pháp Hummers cải tiến đã được chứng minh là hiệu quả. Sau đó, GO được khử thành graphene oxit dạng khử (rGO) qua phương pháp khử hóa học. Việc phối trộn H2PtCl6 với rGO với các tỉ lệ thay thế khác nhau đã tạo ra các vật liệu composite Pt/rGO với cấu trúc và tính chất điện hóa độc đáo. Việc nghiên cứu tính chất vật liệu của Pt/rGO không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của nó trong các ứng dụng năng lượng tái tạo mà còn mở ra hướng đi mới cho việc cải tiến hiệu suất của các thiết bị như pin mặt trời chất màu nhạy quang (DSSC). Theo nghiên cứu, điện cực catot từ vật liệu này cho thấy hoạt tính điện hóa cao, góp phần vào hiệu suất làm việc của pin.
1.1. Đặc tính và ứng dụng của vật liệu composite
Vật liệu composite platin/graphene oxit dạng khử không chỉ nổi bật với tính chất dẫn điện tốt mà còn có khả năng hấp thụ ánh sáng hiệu quả. Sự kết hợp giữa platin và graphene tạo ra một vật liệu có khả năng chuyển giao điện tích nhanh chóng, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng như DSSC. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các tỉ lệ khác nhau của rGO thay thế cho Pt ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt tính điện hóa của điện cực catot. Việc tối ưu hóa tỉ lệ này có thể dẫn đến việc cải thiện đáng kể hiệu suất của pin mặt trời. Thực tế, các điện cực chế tạo từ Pt/rGO đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan trong việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, cho thấy giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển công nghệ năng lượng tái tạo.
II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp tổng hợp hiện đại để chế tạo vật liệu composite Pt/rGO. Đầu tiên, graphene oxit được tổng hợp từ graphite bằng phương pháp Hummers cải tiến. Sau đó, graphene oxit dạng khử được tạo ra thông qua quá trình khử hóa học. H2PtCl6 được phối trộn với rGO với các tỷ lệ khác nhau để tạo ra các hệ composite khác nhau. Các mẫu vật liệu được khảo sát về hoạt tính điện hóa thông qua phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV) nhằm xác định nhiệt độ nung thích hợp và khảo sát hoạt tính điện hóa của các điện cực chế tạo từ các vật liệu composite khác nhau. Các điện cực này sau đó được sử dụng để lắp ráp các pin mặt trời chất màu nhạy quang (DSSC) và thử nghiệm hiệu quả làm việc của chúng thông qua đồ thị đặc trưng mật độ dòng-thế (J-V) và phổ tổng trở điện hóa (EIS). Quá trình này không chỉ giúp đánh giá hiệu suất mà còn phân tích các quá trình chuyển điện tích xảy ra trên ranh giới catot/dung dịch điện ly.
2.1. Khảo sát tính chất và cấu trúc vật liệu
Để đánh giá tính chất và cấu trúc của vật liệu Pt/rGO, các phương pháp phân tích như phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), phổ Raman, giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) đã được áp dụng. Những phương pháp này giúp xác định rõ ràng cấu trúc và tính chất của vật liệu, từ đó đưa ra những kết luận chính xác về khả năng ứng dụng trong các thiết bị năng lượng. Kết quả từ các phân tích cho thấy, vật liệu Pt/rGO có cấu trúc nano đồng đều với diện tích bề mặt lớn, điều này rất quan trọng cho hiệu suất chuyển đổi điện năng. Hơn nữa, việc khảo sát hình thái và đặc tính của vật liệu cũng giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của nó trong các ứng dụng thực tiễn.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu composite platin/graphene oxit dạng khử (Pt/rGO) có hoạt tính điện hóa cao và khả năng chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Các điện cực catot chế tạo từ Pt/rGO cho thấy hiệu suất làm việc tốt hơn so với các điện cực truyền thống. Đặc biệt, các mẫu điện cực với tỉ lệ rGO thay thế cho Pt từ 10% đến 30% cho thấy hiệu suất tối ưu. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỉ lệ thành phần trong vật liệu composite có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của pin mặt trời. Bên cạnh đó, các phân tích EIS cho thấy các quá trình chuyển điện tích diễn ra hiệu quả trên bề mặt catot, nhấn mạnh vai trò quan trọng của vật liệu composite trong việc nâng cao hiệu suất của DSSC. Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới cho việc phát triển vật liệu trong lĩnh vực năng lượng tái tạo mà còn có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác như cảm biến và catalysis.
3.1. Đánh giá hiệu suất của pin mặt trời
Hiệu suất của pin mặt trời được đánh giá thông qua các đồ thị J-V, cho thấy mối quan hệ giữa mật độ dòng điện và điện thế. Kết quả cho thấy rằng pin sử dụng điện cực catot từ Pt/rGO có hiệu suất chuyển đổi cao hơn so với pin sử dụng điện cực truyền thống. Điều này chứng minh rằng việc nghiên cứu và phát triển vật liệu composite không chỉ mang lại giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn quan trọng trong việc cải tiến hiệu suất của pin mặt trời. Việc tối ưu hóa các thông số trong quá trình tổng hợp và chế tạo điện cực catot sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển công nghệ năng lượng tái tạo, góp phần vào việc giải quyết vấn đề năng lượng hiện nay.
