BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Trương Thị Bình Giang
NGHIÊN CU CH TẠO ĐIỆN CỰC, ĐẶC TRƯNG
CU TRÚC, K THUT GHÉP NI H ĐIN HÓA VI SC
KHÍ ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC SN PHM CA
PHN NG KH CÁC HP CHT CHA NITROGEN
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Ngành: Hóa phân tích
Mã số: 9 44 01 18
Hà Nội - 2024
Công trình được hoàn thành ti: Hc vin Khoa hc Công ngh, Vin Hàn
lâm Khoa hc và Công ngh Vit Nam
Người hướng dn khoa hc:
1. Người hướng dn 1: TS. Dương Tuấn Hưng Vin Hóa hc, Vin Hàn
lâm Khoa hc và Công ngh Vit Nam
2. Người hướng dn 2: TS. Hoàng Th Hương Thảo Vin Hóa hc, Vin
Hàn lâm Khoa hc và Công ngh Vit Nam
Phn biện 1: ……………………………………
Phn biện 2: ……………………………………
Phn biện 3: ……………………………………
Luận án được bo v trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Hc
vin hp ti Hc vin Khoa hc Công ngh, Vin Hàn lâm Khoa
hc Công ngh Vit Nam vào hồi ………. giờ ………, ngày ……..
tháng …….. năm ……..
Có th tìm hiu lun án ti:
1. Thư viện Hc vin Khoa hc và Công ngh
2. Thư viện Quc gia Vit Nam
1
M ĐẦU
1. Tính cp thiết ca lun án
Các hp cht cha nitrogen chu trình chuyn hóa ca các hp cht
này đóng vai tcùng quan trng trong nhiu khía cnh của môi trường
t nhiên nói chung và của con người nói riêng. Trong đó ammonia (NH3) là
mt trong nhng hóa cht quan trọng được s dng sn xut nhiu nht
trên thế gii hin nay. Ngoài ra gần đây NH3 còn thu hút nhiu s chú ý như
mt hóa cht d tr năng chứa hydrogen nhưng không chứa carbon, th
được s dng trc tiếp trong pin nhiên liu amoniac hoc gián tiếp trong pin
nhiên liu hydrogen. Hin nay trong công nghip, quá trình tng hp NH3
mt thách thc to ln v mặt năng lượng, trong đó chủ yếu da vào quy trình
ni tiếng Haber-Bosch.
Xut phát t vn đề đó, quá trình chuyn hóa nitrogen t NO3-N2
thành NH3 đang thu hút được rt nhiu s quan tâm nghiên cu ca các nhà
khoa hc. Trong s đó, phương pháp điện hóa để kh NO3-N2 thành NH3
được các nhà khoa học trong nước cũng như quốc tế đánh giá phương pháp
có tiềm năng thay thế phương pháp truyền thng.
Tuy nhiên, phn ng kh điện hóa NO3- và N2 thành NH3 còn tn
ti hai vn đề chính. Mt hiu sut chuyn hóa NO3- N2 thành NH3 còn
thp do động hc chm chp và phn ng ph to kH2 (HER) tính cnh
tranh cao, dẫn đến phn ng có hot tính thp và tính chn lc kém. Do đó,
vic nghiên cu các cht xúc tác hiu qu làm tăng tốc độ phn ng kh điện
hóa NO3- và N2 thành NH3 là mu cht để có th đưa phản ng này vào sn
xut qui công nghiệp đem li lợi ích cho môi trường năng lượng
kinh tế xã hi. Tuy nhiên, hiện nay đối vi phn ng kh điện hóa nitrate và
nitrogen s dụng các xúc tác đin hóa có hiu suất và độ chn lc khá thp,
hoc giá thành khá cao do ph thuc nhiu vào các kim loại quý. Do đó việc
nghiên cu tìm ra xúc tác mi hiu qu hơn cho phản ng kh điện hóa
nitrate nitrogen cùng quan trng. vy, trong nghiên cu này,
2
chúng tôi tp trung chế to Cu-nanosphere din tích b mt cao bng
phương pháp mạ điện đơn giản để kh đin hóa nitrat (NO3RR) và nitrogen
(NRR) thành ammonia mt cách tích cc chn lọc. Đáng chú ý, Cu-
nanosphere th hin hoạt tính xúc tác đin tính ổn định nm trong s
nhng cht xúc tác tt nht cho NO3RR và NRR.
Hai là, việc phân tích đánh giá các sn phm to thành ca quá
trình phn ng NO3RR và NRR đóng vai trò cùng quan trọng trong vic
nghiên cu các phn ng chuyn hóa này. Tuy nhiên trong các công b hin
nay vic phân tích này còn nhiu thiếu sót, đặc bit các sn phm khí ca
phn ứng thường b b qua không tiến hành phân tích đánh giá
Phương pháp phân tích ghép nối trc tiếp gia h sc ký và h phn
ứng điện hóa đưc s dng trong nghiên cu này s đóng góp lớn trong vic
xác định trc tiếp chính xác các sn phm ca các quá trình chuyn hóa
cũng như nhiều ng dng cho các phn ứng khác. Tính đến nay, h ghép ni
sc ký điện hóa còn kmi m c trong nước ln trên thế giới. Đa phần
các nghiên cu kh điện hóa đều s dụng các phương pháp phân tích offline
truyn thống. Đc bit, Việt Nam phương pháp đo đồng thi hoc ni tiếp
sn phm ca phn ứng như thế này chưa được nghiên cu và phát trin. Vì
vy vic nghiên cu h ghép ni sắc ký để phân tích trc tiếp các sn phm
ca phn ng hóa học được đề xut đây có ý nghĩa khoa học, ng dng
tiềm năng cao.
2. Mc tiêu nghiên cu ca lun án
- Chế tạo, đặc trưng tính chất đánh giá quá trình kh điện hóa nitrate
nitrogen của điện cc nano đồng hình cu (Cu-nanosphere).
- Phát trin h thng ghép ni EC-GC ng dụng để phân tích các sn phm
khí ca phn ng kh nitrate, nitrogen bằng phương pháp điện hóa.
3. Ni dung nghiên cu ca lun án
- Nghiên cu chế to điện cc Cu-nanosphere.
- Đánh giá đặc trưng cấu trúc và đặc tính điện hóa của các điện cc
- Nghiên cu ghép ni sc ký khí vi h điện hóa (EC-GC).
3
- Xây dựng phương pháp phân tích các khí N2, H2 s dng h ghép ni EC-
GC.
- Phân tích các sn phm ca phn ng kh điện hóa nitrate và nitrogen.
- Đánh giá hoạt tính xúc tác của điện cc Cu-nanosphere.
CHƯƠNG 1. TNG QUAN
Chương 1 gồm 40 trang, trình bày tng quan tài liu v phn ng kh
nitrate (NO3RR) và kh nitrogen (NRR) bằng điện hóa bao gm: tng quan
v chế phn ng, mt s loại xúc tác điện hóa s dng trong phn ng
kh NO3RR và NRR ; tng quan v vic s dụng điện cc Cu và xúc tác Cu
trong phn ng kh NO3RR NRR bằng phương pháp điện hóa; tng quan
v phương pháp nghiên cứu phân tích sn phm ca phn ng kh nitrate.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THC NGHIM
Chương 2 gồm 20 trang, trình bày chi tiết v các phương pháp nghiên
cu bao gm: Chế tạo điện cực đánh gđặc trưng cấu trúc ca vt liu
điện cc; thiết lp ghép ni h đin hóa vi sc khí (EC-GC); xây dng
phương pháp phân tích các sản phm trong pha khí ca phn ứng điện hóa
kh nitrate phương pháp phân tích các sn phm ca phn ng kh điện
hóa.
CHƯƠNG 3. KẾT QU VÀ THO LUN
3.1. Chế tạo điện cực và đặc trưng cấu trúc ca vt liệu điện cc
Trong nghiên cu này, Cu-nanosphere được m bằng phương pháp
kim soát mật độ dòng m không đổi ti 4,5mA/cm2 trong 500 giây. Trong
đó dung dch m cha Cu2+ ion m 3,5-diamino-1,2,4-triazole (DAT)
là ph gia ca quá trình m.
Hình 3.1. Đo điện thế theo thi
gian mật đ −4,5 mA/cm2 ca
điện cc Cu trong dung dch
CuSO4 0.1 M và trong dung dch
CuSO4 0.1 M + DAT 10 mM.