Chất xúc tác điện hóa trong sản xuất hydro làm từ Vật liệu nano Zn-Co-P
Ngày nay, nhiều nỗ lực nghiên cứu tập trung phát triển các chất xúc tác điện hoá không chứa kim loại quý dùng cho phản ứng điện hoá để khử proton thành hydrogen (hydrogen evolution reaction – HER) nhằm mục đích sản xuất hydrogen có độ tinh khiết cao. Đây là nhiên liệu hiệu quả và thân thiện với môi trường để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu trong tương lai.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tổng hợp thành công một chất xúc tác điện hoá HER được hoạt hóa dựa trên mảng nano hình kim Zn-Co-P được phủ trực tiếp lên bề mặt bọt niken ba chiều (Zn-Co-P NNs / 3D-NF) bằng các phương pháp đơn giản với chi phí thấp. Ở đây, chúng tôi kết hợp của chất xúc tác điện hoá với những đặc tính mong muốn có cấu trúc nano phân cấp 3D với diện tích bề mặt lớn và vị trí điện động dồi dào để khuếch tán nhanh và chuyển khối lượng chất phản ứng /chất điện phân, khả năng xúc tác mạnh, kéo dài với độ bền cơ học cao cùng với tính năng nổi bật của cấu trúc xốp 1D của Zn-Co-P NN. Sự kết hợp này cung cấp các vị trí hoạt động phong phú cho HER tạo nên khả năng xúc tác điện hoá cao. Điều đáng quan tâm là khi thêm Zn vào, vật liệu Zn-Co-P NNs / 3D-NF có nhiều các vị trí bờ và góc khuyết tạo ra các bề mặt linh hoạt hơn, tăng cường diện tích bề mặt hoạt động và từ đó cải thiện khả năng xúc tác HER.
Chất xúc tác Zn-Co-P NN / 3D-NF thu được có hiệu năng xúc tác điện hóa cao đối với HER với yêu cầu về mức quá điện áp là 138 mV và 210 mV để đạt mật độ dòng lần lượt là 10 và 50 mA cm−2 trong môi trường kiềm cùng với động học nhanh ở hệ số góc Tafel nhỏ 81,9 mV dec-1. Ngoài khả năng xúc tác điện hoá cao, chất xúc tác Zn-Co-P NNs / 3D-NF cũng cho thấy độ bền vượt trội ở −0.138 V, điều này cho phép quá trình sản xuất H2 diễn ra liên tục ít nhất 12 giờ với mật độ không đổi là 10 mA cm−2. Quan trọng hơn, nghiên cứu của chúng tôi đưa ra một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để thiết kế các chất xúc tác điện hoá không chứa kim loại quý với yêu cầu chi phí thấp, khả năng xúc tác cao và ổn định mạnh cho ứng dụng HER trong thực tế.
Nghiên cứu có sự tham gia của TS. Vũ Thiên Ý, giảng viên của Khoa Dược và được công bố trên Journal of Electroanalytical Chemistry số 858, xuất bản vào tháng 02 năm 2020. Toàn văn của công bố có thể được tải về tại đây.
