Luận án Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá tính chất vật liệu xúc tác Pt và hợp kim Pt có kích thước nanô trên nền vật liệu cacbon áp dụng làm điện cực trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton

kích thước hạt cũng như xác định kích thước hạt trung bình của các mẫu xúc tác. 
42 
2.4.1.3. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 
 Phương pháp EDX được thực hiện thông qua việc sử dụng chùm điện tử 
có năng lượng cao tương tác với vật rắn. Khi chùm điện tử có năng lượng lớn 
được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên sâu vào nguyên tử vật rắn và tương tác 
với các lớp điện tử bên trong của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến việc tạo ra 
các tia X có bước sóng đặc trưng tỉ lệ với nguyên tử số (Z) của nguyên tử. Do đó 
từ kết quả phân tích EDX có thể xác định thành phần và hàm lượng các nguyên 
tố có trong mẫu đo. 
Đối với vật liệu Pt/C tổng hợp, nhờ phương pháp EDX có thể xác định 
được độ tinh khiết và hàm lượng kim loại Pt của mẫu xúc tác tổng hợp được. 
Phương pháp phân tích EDX được thực hiện trên máy Jeol 6490 - Nhật Bản tại 
Viện Khoa học vật liệu. 
2.4.2. Các phương pháp điện hóa 
 Do pin nhiên liệu là một thiết bị điện hóa chuyển hóa trực tiếp hóa năng 
thành điện năng, các phương pháp điện hóa đóng một vai trò quan trọng trong 
việc đánh giá pin và các thành phần cấu tạo của pin như điện cực, màng và vật 
liệu xúc tác. Các phương pháp điện hóa được sử dụng nhiều nhất bao gồm: quét 
thế tuyến tính, quét thế chu kỳ và phổ tổng trở. 
2.4.2.1. Phương pháp quét thế vòng (CV – Cyclic Voltammetry) 
Phương pháp CV là phương pháp điện hóa được sử dụng phổ biến nhất để 
đánh giá hoạt tính và độ bền của vật liệu xúc tác Pt/C trong hệ đo ba điện cực. 
Mẫu dùng để đo điện hóa được phủ lớp xúc tác là mẫu cacbon mật độ cao có 
đường kính 15 mm. Bề mặt mẫu được chuẩn bị bằng phương pháp mài cơ học 
với giấy mài 2000 và đánh bóng bằng hạt Crôm có kích thước 1 µm. Sau đó, mẫu 
được làm sạch bằng rửa siêu âm trong nước cất và trong cồn với thời gian 10 
phút. Lớp xúc tác được chế tạo bằng cách sử dụng pipet nhỏ mực xúc tác lên trên 
mẫu cacbon. Sau mỗi lần nhỏ, mẫu được để khô trong không khí ở nhiệt độ 
phòng. Quá trình này được thực hiện lặp lại cho tới khi đạt được mật độ xúc tác 
kim loại trên mẫu theo tính toán. 
43 
Mẫu đo điện hóa được đặt trong bộ gá mẫu bằng nhựa Teflon với diện tích 
làm việc của mẫu được khống chế là 1 cm2. Hệ đo là hệ điện hóa ba điện cực với 
điện cực đối là điện cực platin và điện cực so sánh là điện cực calomel bão hòa. 
Các phép đo điện hóa được thực hiện trong dung dịch H2SO4 0,5 M và thiết bị 
điện hóa sử dụng là PARSTAT2273 (EG&G –USA) với các phần mềm chuyên 
dụng. 
Hình 2.2. Đồ thị CV điển hình của mẫu xúc tác Pt/C trong dung dịch H2SO4 
0,5M 
Để nghiên cứu hoạt tính xúc tác, các phép đo CV được quét trong khoảng 
điện thế 0-1,3 V (NHE) với tốc độ quét thế 50 mV/s tại nhiệt độ phòng. Hình 2.2 
là đồ thị CV minh họa của một mẫu xúc tác Pt/C trong dung dịch H2SO4 0,5 M. 
Từ đường cong CV, dễ dàng tính được tổng điện lượng trao đổi của các quá trình 
xảy ra trên các hạt xúc tác Pt/C bằng cách tích phân và đây chính là diện tích bề 
mặt điện hóa (ESA) thể hiện hoạt tính của vật liệu xúc tác Pt/C. Diện tích ESA 
của mẫu xúc tác được tính qua điện lượng theo công thức [68]: 
ESA =  qr3,
stu (2.4) 
Trong đó: 
 QH là lượng điện tích trung b
trình hấp phụ và nhả hấp phụ hyđrô tr
Hằng số 0,21 là đi
một đơn lớp hyđrô hấp phụ tr
 mPt là giá trị mật độ Pt tr
Đối với nghiên cứu đánh giá độ bền, các mẫu đ
thế 0,5 V-1,2 V (NHE) v
200 chu kỳ đo kiểm tra độ bền, mẫu đ
tác. Trước khi đo mẫu được phân cực tại điện thế ban đầu trong thời 
2.4.2.2. Phương pháp quét th
Sự cải thiện hoạt tính của xúc tác 
cứu bằng phương pháp đo quét thế tuyến tính LSV trong hệ điện hóa ba điện cực
Mẫu được phân cực từ giá trị điện th
dung dịch H2SO4 0,5 M với tốc độ quét 
bị sử dụng tương tự như trong phép đo CV.
2.4.2.3. Phương pháp đo đư
Hình 2.3. Pin đơn đ
44 
ình tính từ diện tích của pic điện hóa của quá 
ên đường CV (mC). 
vw = qx0qy (2.5) 
ện lượng cần thiết tính toán theo lý thuyết để ôxy hóa 
ên Pt (mC). 
ên bề mặt mẫu đo CV (g/cm2). 
ược đo CV trong khoảng 
ới 1000 chu kỳ và tốc độ quét thế là 50 mV/s. Sau
ược đo CV để đánh giá lại hoạt tính xúc 
60 s. 
ế tuyến tính (LSV) 
hợp kim PtM đối với ORR được nghiên 
ế mạch hở về giá trị điện thế 0,
1 mV/s. Qui trình chuẩn bị mẫu v
ờng cong phân cực U-I 
ã lắp ghép MEA và các thành phần 
 mỗi 
. 
7V trong 
à thiết 
 Hình 2.4. Sơ đ
Các MEA sau khi ch
điện (như trên hình 2.3). Hình 2.4 là s
tính chất của pin nhiên li
đóng vai trò nguồn tải. Đi
15B, Keithley 2700 và Ampe k
qua bình tạo ẩm trước khi cung cấp cho pin. Hệ đo n
nhiệt độ hoạt động của pin v
nhiệt độ Dotech FX3S (H
Trong phép đo đư
áp bằng cách thay đổi một tải điện ngo
bằng ampe kế và được ghi lại t
trình đo được thực hiện từ giá trị điện áp từ điện áp mạch hở đến giá trị điện áp 
0,4 V. Các thông số điện đ
bằng phần mềm Excel. 
45 
ồ hệ đo thử nghiệm pin nhiên liệu PEM 
ế tạo được lắp ghép trong pin đơn để đo đạc tính chất 
ơ đồ hệ thống thiết bị đo đạc 
ệu. Trong hệ đo này, pin được ghép nối với bộ biến trở 
ện thế và dòng điện được đo qua đồng hồ điện tử Fluke 
ế. Nguồn khí hydrô và ôxy từ bình ch
ày cũng cho phép điều khiển 
à của hai bình tạo ẩm bằng các thiết bị điều khiển 
àn Quốc). 
ờng cong phân cực U-I, các pin đơn được thay đổi điện 
ài. Các giá trị cường độ dòng đi
ương ứng với mỗi giá trị điện áp của pin. Quá 
ã ghi nhận được của pin được sử dụng để vẽ đồ thị U
để đánh giá 
ứa được xục 
ện được đo 
-I 
 Chương 3. NGHIÊN C
BẰNG PH
3.1. Nghiên cứu tổng hợp xúc tác kim loại Pt/C bằng ph
hóa học sử dụng ethylene glycol
Trong các nghiên c
học sử dụng ethylene glyco
công thức cấu tạo : HO - 
hai nhóm chức đơn giản nhất.
rãi do có đóng nhiều vai tr
được sử dụng như một chất khử. Khi sử dụng l
yếu nên ethylene glycol thư
3.1.1. Qui trình tổng hợp xúc tác Pt/C
Qui trình điều chế xúc tác Pt/C bằng ph
ethylene glycol được nghi
hình 3.1. 
Hình 3.1. Qui trình tổng h
1
• 200 mg Cacbon
pH=10
2
• Bổ sung dung 
tác Pt/C 20 %wt.
3 • Khuấy dung 
4 • Đun nóng dung 
5 • Lọc rửa bột
6 • Sấy bột xúc
46 
ỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC KIM LO
ƯƠNG PHÁP KẾT TỦA HÓA HỌC 
ương pháp k
ứu tổng hợp vật liệu xúc tác, phương pháp k
l (EG) được sử dụng phổ biến nhất. Ethylen
CH 2 - CH 2 - OH với tên thường gọi Glycol là m
 Ethylene glycol là một hóa chất được sử dụng rộng 
ò quan trọng như dung môi, chất ổn định v
àm chất khử, do có tính khử khá 
ờng được tăng hoạt tính khử bằng cách tăng nhiệt độ.
ương pháp kết tủa hóa học sử dụng 
ên cứu lựa chọn và được trình bày tóm t
ợp vật liệu xúc tác Pt/C bằng phương pháp k
học sử dụng EG 
Vulcan + 150 mL EG, siêu âm 1h, chỉnh
dịch H2PtCl6 theo tính toán để thu được
dịch 20h
dịch tại 80, 140oC trong 4h
xúc tác tổng hợp nhiều lần bằng nước DI
tác 60oC trong 24h 
ẠI Pt/C 
ết tủa 
ết tủa hóa 
 glycol có 
ột rượu 
à thậm chí 
ắt như trên 
ết tủa hóa 
xúc
 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ 
Hình 3.2. Ảnh TEM củ
Pt/C tổng hợp tạ
 Trong qui trình đi
nhiều đến quá trình khử tạo ra các hạt Pt tr
cứu này chúng tôi đã tiến h
là ảnh TEM chụp mẫu xúc
TEM không quan sát được các hạt xúc tác Pt kết tủa tr
trên đồ thị CV của mẫu xúc tác n
ứng cho các quá trình ôxy hóa kh
độ 80 oC phản ứng khử tạo kết tủa kim loại Pt từ muối tiền chất xảy ra rất chậm 
do ethylene glycol có tính kh
trong qui trình đã sử dụng hầu nh
Khi tăng nhiệt độ quá tr
các hạt kim loại Pt diễn ra theo xu h
được đã xác nhận sự tạo th
nhiên, trong kết quả này c
chứng tỏ một lượng nhỏ của ôxit PtO đ
chế xúc tác Pt/C. 
47 
a mẫu xúc tác 
i 80 0C 
Hình 3.3. Đồ thị CV của m
Pt/C tổng hợp tại 80 
ều chế xúc tác Pt/C bằng EG, nhiệt độ có ảnh h
ên vật liệu nền cacbon. Trong nghiên 
ành tổng hợp xúc tác Pt/C tại nhiệt độ 80 
 tác tổng hợp bằng EG tại nhiệt độ 80 o
ên nền cacbon
ày không thấy các pic khử và ôxy hóa tương 
ử của kim loại Pt (hình 3.3). Như v
ử yếu. Trong khoảng thời gian phản ứng 4h nh
ư không tạo ra các hạt kim loại Pt. 
ình tổng hợp lên 140 oC, quá trình ph
ướng tốt hơn. Các kết quả phân tích EDX thu 
ành của kim loại Pt sau quá trình khử (hình 3.4). Tuy 
ũng quan sát thấy sự xuất hiện của nguy
ã tạo thành trong quá trình ph
-3.0E-02
-2.0E-02
-1.0E-02
0.0E+00
1.0E-02
-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
C
u
rr
e
n
t 
(A
)
Potential (V)
(def) I vs E
ẫu xúc tác 
0C 
ưởng 
oC. Hình 3.2 
C. Trên ảnh 
. Thêm nữa 
ậy, tại nhiệt 
ư 
ản ứng tạo 
ên tố ôxy, 
ản ứng điều 
0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
Cycle #5
 Hình 3.4. Kết quả phân tích EDX c
tủ
Hình 3.5. Ảnh TEM củ
Sự tạo thành của các hạt xúc tác Pt tr
nhận bằng các kết quả nghi
Cacbon Vulcan XC–72 tại các độ phóng đại 40.000 v
có thể quan sát thấy rằng các hạt 
khoảng 30-50nm. Đối với vật liệu xúc tác Pt/C, t
0.00 1.00 2.00
001
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
C
ou
nt
s
C
K
a
O
K
a
Pt
M
z
P
tM
a
Pt
M
b
ZAF Method Standardless Quantitative Analysis
Fitting Coefficient : 0.8586
Element (keV) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K
 C K 0.277 72.31 0.81 90.27 64.1325
 O K 0.525 6.76 7.56 8.28 4.8734
Pt M 2.048 20.93 4.78
Total 100.00 100.00 
48 
ủa mẫu xúc tác Pt/C bằng phương pháp k
a hóa học sử dụng EG tại 140 0C 
a vật liệu Cacbon Vulcan-XC72 với các độ phóng đ
40.000 và 80.000 lần 
ên vật liệu nền cacbon cũng đ
ên cứu ảnh TEM. Hình 3.5 là ảnh TEM của vật liệu 
à 80.000 lần. Từ ảnh TEM 
cacbon có dạng hình cầu và kích thư
rên ảnh TEM xuất hiện các hạt 
3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00
keV
P
tM
a
Pt
M
b
Pt
M
r
Pt
M
su
m
P
tL
l
 1.45 30.9941
ết 
ại 
ược xác 
ớc trong 
10.00
Pt
L
a
 Hình 3.6. Ảnh TEM của m
liệu xúc tác Pt/C t
Hình 3.7. Ảnh TEM và đ
kim loại Pt mầu đen kích th
3.6). Đồ thị phân bố kích th
TEM của 100 hạt xúc tác 
tác kim loại Pt có kích th
thước hạt trung bình là kho
kích thước hạt của mẫu đối xúc tác đối chứng Pt/C 20%
Mathew (Mỹ). Trên ảnh TEM xuất hiện các hạt xúc tác Pt có kích th
phân bố tương đối đồng đều tr
kích thước nằm trong kho
3,1nm. Như vậy, phản ứng khử tạo kết tủa kim loại Pt đ
nhiên, so với mẫu đối chứng, kích th
49 
ẫu xúc tác và đồ thị phân bố kích thước h
ổng hợp tại 140 0C 
ồ thị phân bố kích thước hạt Pt của mẫu đ
ước nhỏ phân bố đồng đều trên các hạt cacbon
ước hạt được tính theo kết quả đo kích th
cho thấy rằng tại điều kiện tổng hợp này, các h
ước chủ yếu nằm trong khoảng 3,0 – 4,5 nm và kích 
ảng 3,8 nm. Hình 3.7 là ảnh TEM và đồ thị 
klg. của hãng Jo
ên bề mặt các hạt cacbon. Các hạt xúc tác Pt c
ảng 1,5-4,5nm và có kích thước hạt trung b
ã xảy ra hoàn toàn. Tuy 
ước hạt xúc tác Pt tổng hợp được to h
ạt của vật 
ối chứng. 
 (hình 
ước từ ảnh 
ạt xúc 
phân bố 
hnson 
ước nhỏ 
ó 
ình khoảng 
ơn khá 
50 
nhiều và điều này có thể làm giảm diện tích bề mặt xúc tác và có thể ảnh hưởng 
đến hoạt tính của vật liệu xúc tác. 
 Sự tạo thành của các hạt xúc tác Pt kích thước nano trên vật liệu nền 
cacbon xảy ra nhờ quá trình khử muối tiền chất bằng chất khử là ethylene glycol. 
Hình 3.8 minh họa cơ chế quá trình tạo thành các hạt xúc tác kim loại Pt. Ban 
đầu các muối tiền chất được bao quanh bởi một lớp vỏ solvate của các phân tử 
nước và được phân tán đều trong môi trường dung môi là ethylene glycol. Dưới 
ảnh hưởng của nhiệt độ, các phản ứng ôxy hóa khử tạo hạt kim loại Pt được diễn 
ra như sau: 
HOCHCHOH → CHWCHO + HO (3.1) 
HOCHCHOH + 2OH) → CHO) − CHO) + HO (3.2) 
2CHWCHO + (PtCl^*) + 6OH) → 2CHWCOO) + Pt + 6Cl) + 4HO (3.3) 
Hình 3.8. Minh họa cơ chế của quá trình tạo thành các hạt xúc tác Pt bằng 
phương pháp kết tủa hóa học 
Sự hình thành của các hạt kim loại Pt kích thước nano thường được giải 
thích dựa trên cơ chế bậc thang bao gồm các quá trình tạo mầm, phát triển mầm 
và tích tụ. Trong giai đoạn đầu của phản ứng, khi quá trình khử nhanh, nồng độ 
các nguyên tử Pt đạt tới điểm quá bão hòa và từ quá trình tạo mầm đồng đều tự 
nhiên bắt đầu xảy ra. Quá trình tạo mầm kết thúc khi hiện tượng quá bão hòa 
giảm nhanh, bề mặt của các mầm bị che phủ bởi các hoạt chất có trong dung dịch 
và lúc này quá trình tạo hạt và phát triển mầm bắt đầu xuất hiện. Do thời gian tạo 
mầm ngắn nên các mầm tạo thành có kích thước khá đồng đều. Trong giai đoạn 
51 
này, vai trò dung môi của ethylelne glycol được thể hiện rất nổi bật. Các phối tử 
glycolate tạo ra trong môi trường kiềm theo phương trình 3.3 là một chất hoạt 
động bề mặt tương tác yếu và đã hấp phụ ưu tiên lên các vị trí bề mặt tinh thể của 
các hạt kim loại platin nên đã tạo ra các tâm có kích thước rất nhỏ. Tiếp theo, 
trong giai đoạn phát triển mầm, các nguyên tử kim loại Pt mới tạo thành và đi 
vào mạng tinh thể để tạo ra hạt có kích thước to hơn. Lúc này, xuất hiện đồng 
thời hai quá trình cạnh tranh nhau: sự giảm năng lượng bên trong hạt do sự tăng 
kích thước hạt và sự tăng năng lượng bề mặt hạt do quá trình hòa tan các nguyên 
tử trên bề mặt của hạt. Trong quá trình phát triển mầm này, khống chế khuếch tán 
đóng một vai trò rất quan trọng. 
Cũng từ các phương trình phản ứng (3.1) – (3.3) có thể thấy rằng sử dụng 
môi trường kiềm sẽ làm tăng tốc độ phản ứng tạo mầm kim loại Pt theo nguyên 
lý chuyển dịch cân bằng. Do đó, môi trường pH của dung môi đã được lựa chọn 
là 10 như trong qui trình đã trình bày. 
3.1.3. Đánh giá tính chất của vật liệu xúc tác Pt/C bằng phương pháp CV 
3.1.3.1. Đánh giá hoạt tính của vật liệu xúc tác Pt/C 
Hình 3.9 biểu diễn đồ thị CV của vật liệu cacbon Vulcan XC-72, mẫu đối 
chứng và vật liệu xúc tác tổng hợp Pt/C trong dung dịch H2SO4 0,5M . Đối với 
mẫu cacbon, đường cong CV không có các pic điện hóa và quá trình quét thế chỉ 
tương ứng với quá trình nạp điện tích lớp kép và hấp phụ của các nhóm chức 
chứa ôxy. Khi có mặt vật liệu xúc tác Pt, trên đồ thị CV xuất hiện các pic ứng với 
các quá trình điện hóa khác nhau. Có ba giai đoạn chính tương ứng với các 
khoảng điện thế khác nhau. Trong khoảng điện thế 0-0,4V xuất hiện các pic ôxy 
hóa và pic khử ứng với các quá trình nhả hấp phụ/hấp phụ của hyđrô. Trong quá 
trình quét thuận, khoảng điện thế từ 0,4V đến 0,8V tương ứng với quá trình nạp 
lớp điện tích kép do các nhóm chứa ôxy trên bề mặt vật liệu cacbon. Tại điện thế 
0,85V bắt đầu xảy ra quá trình ôxy hóa của Pt tạo thành ôxít. Tương ứng với quá 
trình này, xuất hiện một pic khử có đỉnh tại điện thế 0,7V của quá trình khử Pt-O 
trong qúa trình quét thế nghịch. Độ lớn của pic khử Pt-O chịu ảnh hưởng nhiều 
52 
bởi thông số tốc độ quét thế trong phép đo điện hóa. So với các mẫu đối chứng, 
mẫu xúc tác tổng hợp có các pic điện hóa ít sắc nét hơn. 
Hình 3.9. Đồ thị CV của vật liệu cacbon Vulcan-XC72, vật liệu xúc tác đối 
chứng và vật liệu xúc tác tổng hợp Pt/C 20%klg. với mật độ kim loại 
0.4mg/cm2 trong dung dịch H2SO4 0,5M. 
Hoạt tính xúc tác được đặc trưng qua giá trị diện tích bề mặt xúc tác ESA 
của kim loại Pt tính qua đường cong CV. Từ đường cong CV, bằng phương pháp 
tính tích phân các giá trị ESA đã được tính toán từ các pic hấp phụ H2 trong 
khoảng điện thế 0-0,4V. Diện tích ESA của các mẫu xúc tác đối chứng và mẫu 
xúc tác tổng hợp đạt được các giá trị tương ứng là 64,91 và 56,78 m2/g. Giá trị 
ESA của mẫu xúc tác tổng hợp bằng EG kém hơn so với mẫu đối chứng là do sư 
khác biệt vể kích thước hạt xúc tác. Như đã trình bày ở trên các hạt xúc tác kim 
loại của mẫu xúc tác tổng hợp có kích thước trung bình khoảng 3,8nm trong khi 
mẫu đối chứng chỉ có kích thước trung bình là 3,1nm. Thêm nữa, khi tổng hợp 
xúc tác tại nhiệt độ 140oC, các kết quả phân tích EDX của mẫu xúc tác tổng hợp 
cũng chỉ ra rằng, xuất hiện một hàm lượng đáng kể nguyên tố ôxy trong mẫu xúc 
tác. Điều này chứng tỏ rằng một lượng đáng kể PtO đã được tạo thành trong quá 
trình tổng hợp xúc tác và các oxit này đã làm giảm giá trị ESA của mẫu và do đó 
làm giảm khả năng xúc tác cho các phản ứng điện hóa xảy ra trong PEMFC. 
53 
3.1.3.2. Đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác Pt/C 
Hình 3.10. Đồ thị đo 200 vòng CV để đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác Pt/C 
điều chế bằng phương pháp sử dụng EG. 
Một trong những cản trở lớn việc thương mại hóa FEMFC trong đời sống 
chính là độ bền của vật liệu xúc tác sử dụng. Các hạt xúc tác Pt có kích thước 
nanô nên có hoạt tính xúc tác cao, nhưng đồng thời dễ bị giảm độ bền trong điều 
kiện làm việc của PEMFC. Phương pháp CV được sử dụng phổ biến để đánh giá 
độ bền của vật liệu xúc tác. Các mẫu xúc tác được đo CV trong khoảng thế 0,5V-
1,2V (NHE) với 1000 chu kỳ và tốc độ quét thế là 50mV/s trong dung dịch 
H2SO4 0,5M. Với khoảng điện thế này, vật liệu xúc tác Pt sẽ bị hòa tan thành các 
ion trong quá trình quét thuận gây giảm lượng xúc tác sử dụng dẫn đến giảm giá 
trị ESA. Ngoài ra, trong quá trình quét nghịch, các ion Pt sẽ kết tủa tạo thành kim 
loại Pt nhưng sẽ có xu hướng động tụ lại tạo thành các hạt xúc tác kích thước lớn 
hơn cũng dẫn đến làm giảm giá trị ESA. Hình 3.10 là đồ thị minh họa của phép 
đo 200 vòng CV dùng để đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác. 
Hình 3.11 biểu diễn sự thay đổi giá trị ESA của các mẫu xúc tác tổng hợp 
Pt/C và mẫu đối chứng. Nhìn chung, sau mỗi 200 chu kỳ đo độ bền, hoạt tính của 
các vật liệu xúc tác đều giảm dần. Hiện tượng suy giảm độ bền của vật liệu xúc 
54 
tác Pt/C bị gây ra bởi hai yếu tố là sự hòa tan kim loại xúc tác Pt và sự ăn mòn 
của nền cacbon. 
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi giá trị ESA của các mẫu xúc tác tổng 
hợp bằng EG và mẫu đối chứng sau thử nghiệm độ bền 1000 chu kỳ 
Hình 3.12 biểu diễn các quá trình phá hủy của vật liệu xúc tác có thể xảy 
ra trong quá trình làm việc. Có 2 quá trình chính diễn ra làm giảm độ bền của vật 
liệu xúc tác Pt/C. Thứ nhất, các hạt Pt sẽ bị hòa tan thành các ion theo các 
phương trình: 
Pt → Pt2+ + 2e (3.4) 
PtO + 2H+ → Pt2+ + H2O (3.5) 
Quá trình này diễn ra sẽ trực tiếp làm tổn hao lượng xúc tác sử dụng. Tuy 
nhiên, Pt là một vật liệu rất bền hóa học nên tốc độ của quá trình hòa tan này 
không cao. Độ bền xúc tác bị ảnh hưởng rất nhiều vào quá trình thứ hai là sự ăn 
mòn vật liệu cacbon. Trong PEMFC, nền cacbon bị ăn mòn theo các phản ứng 
sau: 
C → C+ + e (3.6) 
C + 1/2H2O → CO + H
+ (3.7) 
2CO + H2O → CO + CO2 + 2H
+ + 2e (3.8) 
55 
Phản ứng tổng: 
C + 2H2O → CO2 + 4H
+ + 2e (3.9) 
 Phản ứng này xảy ra tại điện thế 1,2V 
 Sự ăn mòn cacbon sẽ làm tách ra một phần các hạt cacbon nhỏ có mang 
xúc tác Pt. Sự mất mát xúc tác Pt này gây lãng phí về kinh tế. Ngoài ra, sự ăn 
mòn của nền cacbon có thể còn gây ra hiện tượng ngộ độc xúc tác do sự tạo 
thành sản phẩm khí CO. 
Hình 3.12. Mô hình minh họa các quá trình ảnh hưởng tới độ bền của vật liệu 
xúc tác Pt/C 
Sau 1000 chu kỳ thử nghiệm độ bền, sự suy giảm giá trị ESA của các mẫu 
xúc tác tổng hợp và mẫu đối chứng tương ứng là 23,88 và 32,33 %. Như vậy, so 
với mẫu đối chứng, mẫu xúc tác đã tổng hợp bằng EG có độ bền cao hơn nhiều. 
3.1.4. Ảnh hưởng của hàm lượng nước đến kích thước hạt xúc tác 
Để giảm kích thước hạt và tăng diện tích bề mặt xúc tác kim loại Pt, các 
nghiên cứu sử dụng hỗn hợp dung môi trong tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C đã 
được thực hiện. Như đã trình bày ở trên, sự phát triển mầm bị khống chế bởi quá 
trình khuếch tán của nguyên tử tới bề mặt mầm rồi sau đó đi vào mạng tinh thể. 
56 
Độ nhớt và tỷ trọng của dung dịch sẽ có ảnh hưởng nhiều đến quá trình khuếch 
tán nên có thể là nguyên nhân khống chế kích thước và sự phân bố của các hạt 
xúc tác tổng hợp được. Do đó, sử dụng dung môi hỗn hợp EG và nước là một 
cách hiệu quả để giảm kích thước hạt xúc tác trong thí nghiệm điều chế vật liệu 
Pt/C. 
Do có khả năng tạo liên kết hyđrô nên EG có thể tan vô hạn trong nước. 
Theo tài liệu tham khảo, khi thay đổi hàm lượng nước, tính chất vật lý của dung 
môi hỗn hợp EG-W cũng sẽ thay đổi. Hàm lượng nước trong hỗn hợp dung môi 
tăng lên sẽ làm giảm tỷ trọng và dộ nhớt nhưng ngược lại làm tăng sức căng bề 
mặt của dung dịch []. Trong nghiên cứu này, các dung môi hỗn hợp sử dụng 
trong tổng hợp xú