Khảo sát khả năng hấp phụ CO của vật liệu xúc tác nano PtPd bằng thực nghiệm và mô phỏng

Abstract

Nghiên cứu này nhằm phát triển và đánh giá hiệu quả của hai loại vật liệu xúc tác nano Pt/C và PtPd/C cho ứng dụng trong pin nhiên liệu methanol (DMFC). Các chất xúc tác được tổng hợp bằng phương pháp đồng khử với mục tiêu kiểm soát kích thước và phân bố hạt nano, nhằm tối ưu hóa hiệu năng hoạt động trên bề mặt. Sau quá trình tổng hợp, các mẫu được đặc trưng về hình thái và kích thước bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), từ đó đánh giá được chất lượng của vật liệu cũng như mức độ phân tán của các hạt nano trên chất nền. Để khảo sát khả năng kháng ngộ độc CO – một vấn đề then chốt ảnh hưởng đến hiệu quả của các quá trình điện hóa trong DMFCs, nghiên cứu tiến hành đánh giá các mẫu xúc tác thông qua phương pháp đo thế vòng tuần hoàn (CV). Phân tích tỷ lệ jf/jr từ các đồ thị CV cho thấy mẫu PtPd/C có khả năng kháng ngộ độc CO vượt trội so với mẫu Pt/C, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của pin nhiên liệu. Song song với các thí nghiệm thực nghiệm, khả năng tương tác giữa CO và bề mặt xúc tác còn được mô phỏng thông qua xác định năng lượng hấp phụ trên các bề mặt Pt và PtPd. Quá trình mô phỏng được thực hiện bằng cách xây dựng mô hình cấu trúc bề mặt trên phần mềm Avogadro và chạy tính toán trên nền tảng phần mềm VASP. Kết quả mô phỏng cho thấy năng lượng hấp phụ CO trên bề mặt PtPd thấp hơn so với Pt, chứng minh tác dụng cải thiện của Pd đối với khả năng chống ngộ độc CO. Từ đó, nghiên cứu khẳng định rằng việc kết hợp kim loại Pd vào hệ thống xúc tác Pt không chỉ giúp hạ giá thành do thay thế một phần Pt đắt tiền mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của pin nhiên liệu methanol nhờ khả năng kháng ngộ độc CO được cải thiện rõ rệt. Những kết quả này mở ra hướng nghiên cứu mới và tiềm năng ứng dụng cao của các chất xúc tác kết hợp trong lĩnh vực pin nhiên liệu.