Nghiên cứu phát triển các chất xúc tác trên cơ sở nano kim loại quý mang trên graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu

Gợi ý tìm kiếm: Thí Nghiệm Sinh Học, Thí Nghiệm Thủy Sản...

Nghiên cứu phát triển các chất xúc tác trên cơ sở nano kim loại quý mang trên graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu

20:17 14/04/16

Năm 2015, nhóm nghiên cứu do PGS.TS Vũ Thị Thu Hà, Phòng Thí nghiệm Trọng điểm về Công nghệ lọc, hóa dầu, Viện nghiên cứu Quá trình xúc tác và Môi trường Lyon (IRCELYON) đã nghiên cứu và phát triển thành công các chất xúc tác trên cơ sở nano kim loại quý mang trên Graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu. Đề tài nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí chuyên ngành quốc tế thuộc hệ thống ISI và đã được Cục Sở hữu Trí tuệ Việt Nam chấp nhận đơn đăng ký Giải pháp hữu ích. Kết quả này vượt xa yêu cầu so với đăng ký.

Về nghiên cứu tổng hợp Graphene:
- Nghiên cứu đã thiết lập được quy trình ổn định và tổng hợp thành công graphen bằng các phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp CVD, phương pháp tách lớp cơ học và phương pháp tách lớp hóa học. Cả ba phương pháp đều cho phép điều chế được graphene ít lớn (dưới 10 lớp). Riêng phương pháp CVD cho graphene có số lớp từ 1 đến 4, độ dẫn nhiệt trong khoảng 1902 đến 2032 Wm-1 K-1 (lượng graphene thu được là 1 mg). Các phương pháp khác cho phép thu được graphene có số lớp trung bình là 6 lớp.
- Đã lựa chọn được phương pháp tổng hợp graphene, đó là phương pháp tách lớp hóa học. Bằng phương pháp này, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp được 1478 mg G đạt yêu cầu chất lượng.

Về nghiên cứu tổng hợp xúc tác nano kim loại quý mang trên graphen:
- Đã chế tạo hệ thiết bị và nghiên cứu phương pháp MOCVD tổng hợp Pt/G/Cu. Đây là lần đầu tiên trên thế giới phương pháp MOCVD được áp dụng cho đối tượng Pt/G. Mặc dù các nghiên cứu chỉ mang tính chất thăm dò nhưng các kết quả đạt được đã mở ra hướng phát triển mới trong điều chế xúc tác Pt/G bằng phương pháp MOCVD.
- Đã phát triển được phương pháp “tẩm khô” có cải tiến để điều chế xúc tác Pt/G. Đây là phương pháp đơn giản, hiệu quả và thân thiện với môi trường.
- Đã nghiên cứu một cách hệ thống phương pháp “tẩm ướt” để điều chế xúc tác Pt/graphên và xác định được các điều kiện thích hợp để thu được xúc tác có hàm lượng Pt 22,10% khối lượng, với kích thước các tiêu phân Pt trong khoảng 10-13nm, cho mật độ năng lượng cực đại (ở 60 ^oC), với mật độ phủ là 3,5 mgPt.cm-2 là 64,4 mW.cm-2. Đã ổn định được quy trình công nghệ và chế tạo được 516 mg xúc tác Pt/G.
- Đã nghiên cứu thành công biến tính xúc tác Pt/G bằng kim loại Au, Pd, Sn, Rh, Ru, Ni, Si, Si-Al và đã xác định được xúc tác trên cơ sở Pt biến tính bằng Si-Al (Pt-7%ASG) cho hoạt tính rất cao và đặc biệt là bền hoạt tính. Cụ thể, xúc tác có hàm lượng Pt 24,83%, với kích thước pha hoạt tính phát triển trong khoảng 2-5nm, cho mật độ năng lượng cực đại (ở 60 ^oC), với mật độ phủ 3,5 mgPt.cm-2 là 104,99 mW.cm-2. Đã ổn định được quy trình công nghệ và chế tạo được 1145 mg xúc tác Pt-7%ASG.

Về chế tạo điện cực phục vụ việc đánh giá hoạt tính điện hóa của xúc tác:
- Nhóm đã nghiên cứu phương pháp phủ xúc tác lên bề mặt điện cực thủy tinh carbon để phục vụ việc đánh giá hoạt tính điện hóa của xúc tác trong phản ứng oxi hóa metanol. Tổng cộng có 10 điện cực (diện tích làm việc của mỗi điện cực là 0,196 cm2) đã được sử dụng. Các điện cực sau khi phủ xúc tác đều làm việc ổn định.
- Tiến hành đề xuất phương pháp đưa xúc tác lên bề mặt điện cực làm việc, đồng thời có được hồ sơ kết quả đánh giá hoạt tính xúc tác điện hóa của xúc tác đã điều chế được.

Về chế tạo mô hình pin nhiên liệu DMFC:
Nhóm chế tạo được 3 mô hình pin DMFC, sử dụng xúc tác PtSiAl/G, với mật độ phủ Pt là 1mg/cm², kích thước điện cực 7cm x 7cm, có công suất tương đương nhau, đạt giá trị 152 -153 mW; có hiệu suất chuyển hóa hóa năng thành điện năng 35,3%.

Các kết quả thu được từ công trình nghiên cứu này cho phép chúng ta khẳng định được vị trí, năng lực, trình độ của các nhà khoa học Việt Nam. Sản phẩm từ công trình nghiên cứu có thể dùng phục vụ cho quân đội, ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau như: điện thoại thông minh, các thiết bị điện tử... và có thể trở thành sản phẩm hấp dẫn hơn cho thị trường năng lượng.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo KQNC Đề tài: Nghiên cứu phát triển các chất xúc tác trên cơ sở nano kim loại quý mang trên graphen ứng dụng trong pin nhiên liệu (Số đăng ký 11715/2015) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc Gia.

P.T.T (NASATI)