Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Fe2O3/C ứng dụng làm điện cực âm cho pin Fe - khí

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Fe2O3/C ứng dụng làm điện cực âm cho pin Fe - khí" bao gồm ba chương: Chương 1 - Tổng quan về pin Fe - khí, Chương 2 - Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu, Chương 3 - Kết quả và thảo luận. Sau đây là tóm tắt của luận văn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Fe2O3/C ứng dụng làm điện cực âm cho pin Fe - khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phùng Thị Sơn NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO COMPOSITE Fe2O3/C ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ÂM CHO PIN Fe/KHÍ Chuyên ngành: Vật Lí nhiệt Mã số (Chương trình đào tạo thí điểm) TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: HDC: TS. BÙI THỊ HẰNG HDP: GS. TS. LƯU TUẤN TÀI 1
Hà Nội – 2015 2
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Năng lượng điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống của chúng ta. Trong pin các hợp chất hóa học hoạt động như một phương tiện lưu trữ năng lượng. Các nhà khoa học đã mất rất nhiều năm để nghiên cứu và cố gắng tạo ra loại pin có khả năng lưu trữ năng lượng cao , thời gian sạc ngắn và đã đạt được những kết quả nhất định. Những năm gần đây, các nhà khoa học trên thế giới đã phát triển một thế hệ pin mới là pin kim loại khí với hoạt tính xúc tác cao hơn, bền hơn, chi phí thấp hơn các loại pin được sử dụng rộng rãi hiện nay. Với công nghệ pin kim loại khí, oxy trong không khí được sử dụng như vật liệu điện cực dương của pin. Đối với pin kim loại khí, điện cực âm đóng vai trò quan trọng, quyết định dung lượng, năng lượng, thời gian sống và hiệu suất của pin. Trong số các ứng cử viên tiềm năng cho điện cực âm pin kim loại /khí, kẽm, sắt và nhôm thu hút được rất nhiều sự chú ý. Pin Fe/khí (Fe – khí) có thế mạch hở thấp, năng lượng riêng và dung lượng riêng lý thuyết cao, chi phí thấp nên nó thu hút được rất nhiều sự chú ý. Pin Fe khí có nhiều triển vọng ứng dụng trong các hệ thống nguồn di động. Khác với kẽm, điện cực sắt không có sự phân bố lại lớn của vật liệu hoạt động điện cực dẫn đến làm thay đổi hình dạng của điện cực khi số lượng chu kỳ phóng nạp được kéo dài. Tuy nhiên, trong giai đoạn hiện nay năng lượng đạt được của loại pin Fe khí còn thấp, khoảng 10% giá trị dự kiến và lượng tản nhiệt còn nhiều do quá thế lớn của điện cực sắt. Để khắc phục nhược điểm này của điện cực sắt, một số nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng việc bổ sung nanocarbon cho điện cực sắt giúp cải thiện độ dẫn điện và khả năng oxi hoá khử của nó [1517]. Đặc biệt, các tính chất 3
điện hoá của điện cực Fe/C được cải thiện hơn nữa khi các hạt nano Fe2O3 được phân bố trên bề mặt của các ống nano cacbon. Kế thừa và phát triển các kết quả đã đạt được của nhóm nghiên cứu viện ITIMS, trong đề tài này, vật liệu Fe2O3 kích thước nano và micro mét được nghiền trộn bằng phương pháp cơ học với nano cacbon để tạo thành vật liệu nano composit Fe2O3/C sử dụng làm điện cực âm cho pin Fe khí. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của chất phụ gia K2S trong dung dịch điện ly đến tính chất điện hóa của điện cực Fe2O3/C cũng được khảo sát. Với mong muốn góp một phần nhỏ bé của mình trong việc thúc đẩy nghiên cứu định hướng ứng dụng trong nước, em đã lựa chọn đề tài luận văn của mình là: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano composite Fe 2O3/C ứng dụng làm điện cực âm cho pin Fe/khí”. 2. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp đo SEM Phương pháp đo TEM Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV) Phương pháp quét thế tuần hoàn CV được dùng để xác định hệ số khuếch tán D và xem xét sự biến thiên thuận nghịch (khả năng có thể phóng và nạp) của vật liệu nghiên cứu, điện thế ở đây biến thiên tuyến tính theo thời gian. Biến thiên điện thế theo thời gian có thể xác định theo các công thức sau: ϕ = ϕd − v.τ Khi 0
Ở 298 0K: 59 I p.O ϕp,R − ϕp.2,R = mV (không phụ thuộc vào tốc độ quét thế) và =1 n I p.R Với hệ thống bất thuận nghịch Dòng điện cực đại: �− ( 1 − α ) n.F � I p,R = − 0, 227.n.P.A.Co .K o .exp � ( ϕp,R − ϕo ) � � RT Phương pháp phổ tổng trở EIS Khi áp đặt một dao động nhỏ của điện thế hoặc của dòng điện lên hệ thống được nghiên cứu. Tín hiệu đáp ứng thường có tín hiệu hình sin và lệch pha với dao động áp đặt. Do sự lệch pha và tổng trở của hệ thống điều hòa cho phép phân tích đóng góp sự khuếch tán, động học, lớp kép, phản ứng hóa học…vào quá trình điện cực. Một bình điện hóa có thể coi như một mạch điện bao gồm những thành phần chủ yếu sau: Điện dung của lớp kép, coi như một tụ điện Cd; tổng trở của quá trình Faraday Zf ; điện trở chưa được bù RΩ, đó là điện trở dung dịch giữa điện cực so sánh và điện cực nghiên cứu [1]. Tổng trở bình điện hóa có thể viết như sau: 1 Zbdh = R Ω + −1 = Z’ – j Z’’ R ct + ( 1 − j) σω−1/2 � jωCd + � � � Z’, Z’’: phần thực và phần ảo của tổng trở. R ct + σω−1/2 Z =RΩ + ' ( σω Cd + 1) + ω2Cd2 ( R ct + σω−1/2 ) 1/2 2 2 5
ωCd ( R ct + σω−1/2 ) + σ2Cd + σω−1/2 2 Z'' = ( σω Cd +1) + ω2Cd2 ( R ct + σω−1/2 ) 1/2 2 2 Khi tần số ω tiến tới 0 thì: Z’R = RΩ + Rct + σω−1/2 và Z’’R = −σω−1/2 − 2. σ 2 Cd Đường biểu diễn Z’ theo Z’’ là đường thẳng với độ dốc bằng 1 và sẽ được ngoại suy đến cắt trục thực Z’ tại RΩ + Rct − 2. σ 2 Cd . Đường thẳng này tương ứng với khống chế khuếch tán và tổng trở Warbug, góc pha là π/4. Khi ω : ở tần số cao phản ứng chỉ bị khống chế động học và Rct >> ZW R ct Z' = R Ω + 1 + ω2Cd2 R ct2 ωCd R ct2 Z'' = 1 + ω2Cd2 R ct2 Cuối cùng ta có: Rct 2 R (Z’ – RΩ – ) + (Z’’)2 = ( ct )2 2 2 Đây là biểu thức của vòng tròn bán kính (Rct/2) cắt trục Z’ tại RΩ khi ω và tại ( RΩ + Rct) khi ω 0. 3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Kế thừa và phát triển các kết quả đã đạt được của nhóm nghiên cứu viện ITIMS, trong đề tài này, vật liệu Fe2O3 kích thước nano và micro mét được nghiền trộn bằng phương pháp cơ học với nano 6
cacbon để tạo thành vật liệu nano composit Fe2O3/C sử dụng làm điện cực âm cho pin Fe khí. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của chất phụ gia K2S trong dung dịch điện ly đến tính chất điện hóa của điện cực Fe 2O3/C cũng được khảo sát. Từ đó, tác giả mong muốn góp một phần nhỏ bé của mình trong việc thúc đẩy nghiên cứu định hướng ứng dụng của pin Fe/khí trong nước. Đối tượng nghiên cứu: Hai loại điện cực Fe2O3 hoặc Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 kích thước nano mét và Fe2O3 kích thước micro mét của hãng Walko. Phạm vi nghiên cứu: Tính chất điện hoá của hai loại điện cực Fe 2O3 hoặc Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 kích thước nano mét và Fe2O3 kích thước micro mét của hãng Walko (Đo quét thế vòng tuần hoàn CV, đo phổ tổng trở EIS). 4. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn này được chia làm ba chương: Chương 1: Tổng quan về pin Fe khí Chương 2: Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận 7
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PIN Fe KHÍ Trong chương đầu tiên này, em sẽ giới thiệu sơ lược về: Các khái niệm cơ bản về pin, tổng quan về pin Fe – khí, điện cực sắt và điện cực khí. 1.1. Các khái niệm cơ bản về pin Tế bào điện hóa là đơn vị điện hóa cơ bản cung cấp nguồn năng lượng điện bằng cách chuyển đổi trực tiếp từ năng lượng hóa học. Tế bào điện hóa bao gồm hai điện cực, vật liệu phân cách hai điện cực, dung dịch điện ly, vỏ và các điện cực đầu ra. Ba bộ phận chính của tế bào điện hóa như sau: 1. Anode hay điện cực âm điện cực khử 2. Cathode hay điện cực dương điện cực oxy hóa 3. Chất điện ly hay chất dẫn ion Pin là một linh kiện biến đổi năng lượng hóa học chứa trong vật liệu hoạt động điện cực thành năng lượng điện thông qua phản ứng oxi hóa khử. Pin có thể gồm một hoặc nhiều tế bào điện hóa được nối với nhau theo một sự sắp xếp nhất định để tạo ra thế và dòng hoạt động nhất định. 1.2. Tổng quan về pin Fe khí Pin Fe khí có thế mạch hở thấp, năng lượng riêng và dung lượng riêng lý thuyết cao, thời gian sống dài, độ ổn định điện hoá cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Đặc trưng của pin Fe khí được thể hiện trên bảng 1.2. Phản ứng điện hóa của pin Fe khí sạc lại điện có thế mạch hở (OCV) là 1.28V như sau: phóng Fe + O2 + H2O ? Fe(OH) 2 (1) nạp 8
Pin Fe khí có mật độ năng lượng cao tuy nhiên trong thực tế giá trị này vẫn chưa đạt đượ c. Đó là do hiệu suất phóng nạp đạt đượ c của điện cự c sắt còn thấp [23, 40]. Một vấn đề khác của pin Fe khí là hiệu suất nạp lại của điện cực khí đạt đượ c không cao [2, 36]. 1.3. Điện cực sắt Điện cực sắt thu hút được nhiều sự chú ý không chỉ do nó ứng dụng trong pin Fe khí mà còn được ứng dụng trong pin Ni/Fe vì năng lượng lý thuyết cao (0,96 Ah/g) và chi phí thấp [6, 18, 19, 39]. Hơn nữa điện cực sắt có thể chịu được sốc cơ học, rung lắc cũng như quá nạp và phóng sâu [43]. Hai đoạn bằng phẳng tương ứng với sự tạo thành của sản phẩm phản ứng Fe2+ và Fe3+. Phản ứng của điện cực sắt như sau [6, 39, 43]: phóng Fe + 2OH− Fe(OH)2 + 2e (2) nạp E0 = 0,975 V vs Hg/HgO [6] (đoạn bằng phẳng thứ nhất) phóng Fe(OH)2 + OH− FeOOH + H2O + e (3) nạp E0 = 0,658 V vs. Hg/HgO [6] (đoạn bằng phẳng thứ hai) Và/hoặc phóng 3Fe(OH)2 + 2OH− Fe3O4.4H2O + 2e (4) nạp E0 = 0,758 V vs. Hg/HgO [5, 31] (đoạn bằng phẳng thứ hai) Quá trình oxi hóa của điện cực sắt diễn ra theo 2 bước chính [ 39, 43] được chỉ ra ở phản ứng (2), (3) và/hoặc (4). Theo một s ố tác giả [5, 20, 38] phương trình (2) gồm hai bước riêng biệt kết hợp với sự hấp thụ của ion OH: Fe + OH− [Fe(OH)]ad + e (5) [Fe(OH)]ad + OH− Fe(OH)2 + e (6) 9
Phần lớn các tác giả cho rằng bước oxi hoá của phương trình (6) diễn ra thông qua sự tạo thành của những mảnh hòa tan HFeO2 trong dung dịch điện ly như phản ứng (7) và (8) [14, 20, 2426, 29]. [Fe(OH)]ad + 2OH− HFeO2 + H2O + e (7) HFeO2 + H2O Fe(OH)2 + OH− (8) Trong khi một s ố tác giả khác chứng minh rằng bước thứ hai của ph ản ứng điện cực sắt diễn ra thông qua cơ chế trạng thái rắn [26, 39] HFeO2 FeO2 + H+ + e (9) HFeO2 + 2 FeO2 + H2O Fe3O4 + 3OH− (10) Độ hòa tan của HFeO2 là rất chậm [6] và gây ra sự kết tủa lại của l ớp Fe(OH)2 dẫn đến hiệu suất hoạt động thấp của điện cực sắt. Hơn nữa thế của cặp phản ứng ô xi hóa khử Fe/Fe(OH)2 âm hơn một chút so thế sinh khí hydro trong dung dịch kiềm [6, 39] do vậy có sự sinh hydro đồng thời trong quá trình nạp của pin, nghĩa là: Fe + 2OH− Fe(OH)2 + 2e E0 = − 0,978 V vs. Hg/HgO [35, 37] (2) và 2H2O + 2e H2 + 2OH− E0 = − 0,928 V vs. Hg/HgO [35] (11) Đây là nguyên nhân gây ra hiệu suất phóng nạp thấp và tốc độ tự phóng cao của hệ pin Fe khí. Để khắc phục nhược điểm này của điện cực sắt, nhiều chất phụ gia đã được kết hợp trong quá trình chế tạo điện cực hoặc trong dung dịch điện ly hoặc cả hai [5, 14, 20, 31, 38]. 1.4. Điện cực khí Oxy được cung cấp từ không khí bên ngoài và khuếch tán vào trong pin. Phản ứng của cathode khí được đơn giản hóa thành phản ứng như sau: O2 + 2H2O + 4e 4OH−? E0 = 0,498 V vs. Hg/HgO [5, 10] (12) Các điện cực không khí được sử dụng cả trong pin kim loại/khí và pin nhiên liệu. Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hiệu suất của nó trong suốt 30 năm qua. 10
11
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. THỰC NGHIỆM 2.1.1. Hoá chất và nguyên vật liệu Bảng 2.1. Bảng hoá chất và nguyên vật liệu STT Tên hoá chất 1 Fe2O3 kích thước nano mét 2 Fe2O3 kích thước micro mét 3 KOH 4 K2S 5 Acetylen black cacbon (AB) 6 Polytetrafluoroethylene (PTFE) 2.1.2. Tạo mẫu 2.1.2.1. Tạo điện cực AB, Fe2O3 và Fe2O3/AB Hai loại điện cực Fe2O3 hoặc Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 kích thước nano mét và Fe2O3 kích thước micro mét của hãng Walko. Để đo tính chất điện hoá của AB hoặc Fe2O3, lá điện cực AB hoặc Fe2O3 được chế tạo bằng cách trộn 90% AB hoặc 90% Fe2O3 và 10 wt% polytetraflouroethylene (PTFE; Daikin Co.), sau đó cán mỏng ra. Điện cực Fe2O3/AB cũng được chế tạo bằng phương pháp tương tự với hỗn hợp của 45% Fe2O3, 45% AB và 10% PTFE. Hỗn hợp Fe2O3/AB thu được bằng phương pháp nghiền cơ học sử dụng máy nghiền bi. Các điện cực AB hoặc Fe 2O3 hoặc Fe2O3/AB được cắt ra từ lá điện cực thành dạng viên có đường kính 1cm và độ dày khoảng 0,1 cm. Viên điện cực sau đó được ép lên vật liệu dẫn dòng là lưới Titanium với lực ép khoảng 150 kg/cm2. 2.1.2.2. Dung dịch điện ly 12
Dung dịch điện ly được sử dụng để nghiên cứu là KOH 8 M. Ngoài ra, chất phụ gia cho dung dịch điện ly là K2S cũng được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của chất phụ gia này lên khả năng chu trình hoá của điện cực sắt và dung lượng của pin. Nồng độ của chất phụ gia được sử dụng để nghiên cứu là 0,01 M K2S trong dung dịch KOH 7,99 M. 2.1.3. Các phép đo điện hoá Các phép đo điện hoá được thực hiện với cell thuỷ tinh ba điện cực, trong đó, điện cực làm việc là AB, Fe2O3 hoặc Fe2O3/AB, điện cực đối là Pt và điện cực so sánh là Hg/HgO (KOH 8 M), giấy lọc là chất phân cách hai điện cực và KOH 8 M là dung dịch điện ly. Các phép đo điện hoá được thực hiện ở nhiệt độ phòng. 2.1.3.1. Đo quét thế vòng tuần hoàn (CV) Phép đo CV được thực hiện với tốc độ quét 1 mV/s trong khoảng thế từ 1,3 V đến 0,1 V sử dụng hệ AutoLab của trường Đại học Khoa học Tự nhiên. 2.1.3.2. Đo phổ tổng trở (EIS) Phép đo phổ tổng trở (EIS) được thực hiện trong khoảng quét tần số 0,1 KHz đến 200 KHz với 200 điểm đo sử dụng hệ AutoLab. 13
CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hình thái học và đặc trưng của AB, Fe2O3 và Fe2O3/AB 3.1.1. Hình thái học và đặc trưng của Acetylene black cacbon (AB) Acetylene black cacbon (AB) với kích thước nano mét được sử dụng làm chất phụ gia cho điện cực sắt. Ảnh TEM của AB được thể hiện trên hình 3.1. Ta thấy các hạt AB có kích thước dưới 100 nm được thể hiện rõ trong ảnh TEM. Hình 3.1. Ảnh TEM của AB 3.1.2. Hình thái học và đặc trưng của Fe2O3 và Fe2O3/AB Hai loại vật liệu Fe2O3 có kích thước nano mét (nmFe2O3) và micro mét (µmFe2O3) của hãng Walko được sử dụng làm vật liệu hoạt động điện cực để khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt Fe2O3 đến tính chất điện hóa của chúng. Những hạt nmFe2O3 có kích thước tương đối nhỏ, dưới 100 nm và tương đối đồng đều. Các hạt nmFe2O3 trông giống như những quả cầu nhỏ. Ảnh SEM của Fe2O3 kích thước micro mét trong hình 3.3 chỉ ra dạng hạt không giống nhau và kích thước hạt không đồng đều. Nó bao gồm các mảnh dẹt Fe2O3 với kích thước từ vài trăm nano mét đến vài chục micro mét. Kích thước và 14
hình dạng khác nhau của mẫu Fe2O3 nano mét và micro mét sẽ ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của vật liệu điện cực composit Fe2O3. Hình 3.2. Ảnh SEM của mẫu nmFe2O3 với các độ phóng đại khác nhau Hình 3.3 : Ảnh SEM của mẫu µmFe2O3 với các độ phóng đại khác nhau AB có kích thước hạt nhỏ, cỡ nano được hy vọng sẽ làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của điện cực Fe2O3/AB với dung dịch điện ly do đó cải thiện chu trình hóa của Fe2O3. Sau khi AB được nghiền trộn với µmFe2O3 và nmFe2O3 để tạo bột vật liệu điện cực µmFe2O3/AB và nmFe2O3/AB, mẫu được tiến hành chụp SEM, kết quả được thể hiện trên hình 3.4. 15
(a) (b) Hình 3.4. Ảnh SEM của mẫu µmFe2O3/AB (a) và nmFe2O3/AB (b) Kết quả chụp ảnh SEM cho thấy các hạt µmFe2O3 và nmFe2O3 được phân bố khá đồng đều với AB, điều này hứa hẹn sẽ làm tăng tiếp xúc của Fe2O3 với dung dịch điện ly, từ đó làm tăng khả năng chu trình hóa của vật liệu điện cực Fe2O3. 3.2. Đặc trưng CV của điện cực AB Ta thấy AB không bị oxy hóa đến − 0,1V. Chỉ có dòng Cathode xuất hiện ở khoảng − 1,4V được gây ra bởi phản ứng sinh khí Hydro trên bề mặt điện cực. Phản ứng sinh khí diễn ra ở mức thế khá thấp so với phản ứng oxy hóa khử của sắt (Fe(II)/Fe), do vậy AB có thể sử dụng làm chất phụ gia cho điện cực Fe2O3. 2 0 -2 I (mA) -4 -6 -8 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 E (V) vs. Hg/HgO 16
Hình 3.5. Đặc trưng CV của điện cực AB (AB:PTFE = 90:10 wt%) trong dung dịch 8 M KOH 3.3. Đặc trưng CV của điện cực nmFe2O3 và µmFe2O3 3.3.1. Kết quả đo đặc trưng CV của điện cực nmFe2O3 Khi quét thế theo chiều tăng từ −1,4 V đến −0,1 V chỉ có một đỉnh oxy hóa xuất hiện ở thế khoảng −0,9 V (a1) và một đỉnh khử tương ứng ở khoảng −1,1 V (c1) theo chiều quét ngược lại. Cặp đỉnh oxy hóa khử này tương ứng với cặp phản ứng oxy hóa khử Fe/Fe(II) (phương trình (2)). Ta không quan sát thấy sự xuất hiện của cặp phản ứng oxy hóa khử của Fe(II)/Fe(III) (phương trình (3) hoặc (4)). Đáng chú ý là đỉnh khử của Fe(II) tạo thành Fe (c1) không tách biệt hoàn toàn khỏi phản ứng sinh khí hydro (c3). Khi quét thế tuần hoàn từ chu kỳ thứ 2 đến chu kỳ thứ 5, cặp đỉnh oxy khử Fe/Fe(II) (a1/c1) bị dịch chuyển về phía điện thế thấp hơn nhưng dòng oxy hóa khử gần như không thay đổi. 0.2 0.1 a1 0.0 -0.1 I (mA) -0.2 1st c1 2nd -0.3 3rd KOH 4th -0.4 c3 5th -0.5 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V) vs. Hg/HgO (a) 17
0.0 a1 -0.5 I (mA) -1.0 c1 1st 2nd c3 3rd -1.5 KOH+K2S 4th 5th -2.0 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V) vs. Hg/HgO (b) Hình 3.6. Đặc trưng CV của điện cực composit nmFe2O3 (Fe2O3:PTFE = 90:10 wt.%) trong dung dịch KOH (a) và KOH+K2S (b) Sự khác nhau dễ dàng nhận thấy giữa hai kết quả này là khi chất phụ gia K2S có trong dung dịch điện ly, cường độ dòng oxyhóa khử của các đỉnh này tăng lên theo số vòng quét. 3.3.2 Kết quả đo đặc trưng CV của điện cực µmFe2O3 0.0 a1 -0.5 a2 I (mA) c1 -1.0 c2 1st 2nd KOH 3rd -1.5 4th c3 5th -2.0 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V) vs. Hg/HgO 18
(a) 1.0 0.5 a1 a2 I (mA) 0.0 -0.5 c2 c1 1st -1.0 2nd KOH + K2S 3rd -1.5 c3 4th 5th -2.0 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V) vs. Hg/HgO (b) Hình 3.7. Đặc trưng CV của điện cực composit µmFe2O3 (Fe2O3:PTFE = 90:10 wt.%) trong dung dịch KOH (a) và KOH+K2S (b) Ta dễ dàng nhận thấy đường CV của mẫu composit µmFe2O3 trong dung dịch KOH biểu diễn trên hình 3.7a có nhiều khác biệt so với mẫu composit nm Fe2O3 trong dung dịch KOH tương ứng trên hình 3.6a. Kết quả này chứng tỏ khả năng chu trình hóa của µmFe2O3 tốt hơn nmFe2O3. Ảnh hưởng của chất phụ gia K2S trong dung dịch điện ly cũng được nghiên cứu với điện cực composit µmFe2O3, kết quả được biểu diễn trên hình 3.7b. Đối với mẫu composit µmFe2O3, sự có mặt của K2S trong dung dịch điện ly không tạo được ảnh hưởng tích cực về mặt hoạt động điện hóa của Fe2O3. 3.4. Đặc trưng CV của điện cực µm Fe2O3/AB và nm Fe2O3/AB 3.4.1. Kết quả đo đặc trưng CV của điện cực nmFe2O3/AB 19
12 a2 8 4 a1 0 I (mA) -4 1st c2 c 2nd -8 1 3rd KOH 4th -12 c3 5th -16 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V) vs. Hg/HgO (a) 20 a2 10 a1 0 I (mA) -10 c1 1st -20 2nd c2 KOH+K2S 3rd -30 4th 5th c3 -40 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 E (V) vs. Hg/HgO (b) Hình 3.8. Đặc trưng CV của điện cực composit nmFe2O3 /AB (Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10 wt.%) trong dung dịch KOH (a) và KOH+K2S (b) Theo chiều oxy hóa của điện cực nmFe2O3/AB (hình 3.8a) có sự xuất hiện hai đỉnh oxy hóa Fe/Fe(II) (a1), Fe(II)/Fe(III) (a2) ở khoảng thế −0,9 V và −0,4 V trong khi ở chiều quét ngược lại chỉ có một đỉnh khử tương ứng Fe(III)/Fe(II)(c1) xuất hiện ở khoảng thế −1,0 V cùng với đỉnh sinh hydro c3. Đỉnh khử c2 bị che 20