Ảnh minh họa

Hiện  nay,  sự thiếu  hụt năng lượng, tình hình ô nhiễm môi trường ngày càng đe dọa sự bền vững của Trái Đất. Việc tìm ra các  nguồn năng lượng  có  khả năng tái tạo để thay  thếl à  vấn  đề hết  sức  cấp  bách. Trong đó nguồn năng lượng  từpin  nhiên liệu, là thiết bị chuyển hóa năng lượng với hiệu năng cao và thân thiện với môi trường, đã và đang thu hút rất  nhiều  nghiên  cứu. Bạch kim (Pt) là chất xúc tác phổ biến nhất cho  pin  nhiên  liệu.  Tuy  nhiên,  thách  thức đối với chất xúc tác này là sự khan hiếm và chi phí cao, cũng như ngộ độc bởi các chất trung  gian  trong  quá  trình  oxy  hóa  nhiên liệu, chẳng hạn như tạo ra carbon monoxide (CO)  (Carrete  và  cs.,  2001).  Việc  thay  thế Pt bằng một kim loại khác rẻ tiền hơn, dưới dạng lưỡng kim PtM, với M là các kim loại khác  Pt  như  Ni  (Gumeci  và  cs.,  2001, Daoush và cs., 2015), Ru (Korzeniewshi và cs., 2004), Pd (Xu và cs., 2007)...đã được nghiên    cứu. Nghiên  cứu  của  Carol Korzeniewski  và  cs.  (2004) trên  vật  liệu nano PtRu cho kích thước hạt trong khoảng từ 2-6 nm, có hoạt tính oxy hóa Methanol 0,5 M trong môi trường acid HClO40,1 M. Mật độ phủ kim loại thấp nhất là 20 μg/cm2. Nghiên cứu của Jue Wang và cs. (2018) trên vật  liệu  PtNi/CNT  đối  với  phản  ứng  khử oxy trong PEMFC, vật liệu tổng hợp có kích thước 15-20 nm, nhiễu xạ XRD có các đỉnh lại vị trí 42,0o, 48,7o, 71,7o, 86,4o tương ứng với các cấu trúc mạng (111), (200), (220) và (311). Hoạt tính xúc tác tổng hợp tăng gấp 5,5  đến  8,5  lần  so  với  Pt/C  thương  mại. Nghiên cứu của Sergey và cs. (2022) trên các  vật  liệu  Pt-Mo/C,  Pt-Fe/C  và  Pt-Mo-Sn/C trong hệ acid H2SO40,5 M với ba điện cực trên phản ứng khử oxygen tại cathode cho hoạt tính tăng 1,5-2 lần so với vật liệu Pt/C thương mại. Như vậy, vật liệu xúc tác PtM/C có hiệu suất hoạt động và sựổn định của hoạt tính xúc tác điện hóa phù hợp quá trình oxy hóa Methanol tại anode trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC).Sắt là nguyên tố rẻ tiền, dễ tìm nên cũng được nhiều nhà khoa học nghiên cứu thay thế Pt như Stavros và cs. (2018), Sergey và cs. (2022), Xiao và cs. (2022).

Nhiều kỹ thuật được áp dụng để tổng hợp  xúc  tác  nano  cho  pin  nhiên  liệu,  một trong sốđó là phương pháp hóa học kết hợp với siêu âm (Carrette và cs., 2001). Ưu điểm của phương pháp này dễthực  hiện,  tạo  ra các hạt nano hợp kim với kích thước tương đối đồng đều  trong  thời  gian  ngắn. Năng lượng siêu âm tạo ra một giao động mạnh, đó là sựhình thành, phát triển và phá vỡcủa các bong bóng dẫn đến tạo thành các hạt vật liệu  nano  lưỡng  kim  một  cách  đồng  đều (Flannigan và cs., 2005). Trong nghiên cứu này,  vật  liệu xúc tác nano lưỡng  kim  PtFe với tỷlệnguyên tửkhác nhau giữa Pt và Fe trên  nền  carbon  Vulcan  XC-72  tổng  hợp bằng phương pháp khửEG dưới sự hỗ trợ của  siêu  âm. Kích thước  của  các  vật  liệu tổng hợp được xác định bằng hiển vi điện tửtruyền qua  (TEM) JEOL TEM 1400, Nhật Bản tại trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minhvà nhiễu xạtia X (XRD) trên thiết bị D8 Focus XRD Diffraction tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh. Tính  chất điện  hóa  của vật  liệu  được  khảo  sát  trên  sựoxy  hóa Methanol ở môi trường kiềm. Hoạt tính điện hóa  của  vật  liệu  tổng  hợp  được đánh  giá bằng phương pháp quét thếvòng tuần hoàn (CV) và chronoamperometry (CA) trên máy máy  đo  điện  hóa  đa  năng  Autolab-PGSTAT302N, hãng Metrohm, Đức tại Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh.

Bạch kim (Pt) là chất xúc tác hiệu quảnhất cho các phản ứng điện cực trong pin nhiên liệu. Tuy nhiên, thách thức đối với vật liệu xúc tác này là sự khan hiếm và giá thành khá cao. Để giảm chi phí và tăng cường hoạt tính của xúc tác, các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc chế tạo ra kích thước vật liệu dưới dạng hạt nano hoặc thay thế kim loại Pt bằng một kim loại khác rẻtiền hơn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp xúc tác nano PtxFeyvới tỉ lệ của kim loại chiếm 20% khối lượng trên giá mang là carbon Vulcan XC-72R tác nhân khử là ethylen glycol (EG)với hỗ trợ của sóng siêu âm. Hình thái, cấu trúc của vật liệu tổng hợp PtxFey/C được phân tích bằng kính hiển vi điện tửtruyền qua (TEM) và nhiễu xạtia X (XRD). Hoạt tính xúc tác của vật liệu PtxFey/C và Pt/C_thương mại (Aldrich Sigma, 10% khối lượng Pt/than hoạt tính) chất xúc tác cho quá trình oxy methanol đã được khảo sát theo phương pháp quét thế vòng tuần hoàn voltammetry (CV) và chronoamperometry (CA).Các hạt nano hình cầu PtxFey/C có kích thước hạt khác nhau 2-8 nm được hình thành, kích thước trung bình tập trung trong khoảng 4 nm. Tỉ số cường độ dòng quét tới với cường độ dòng quét về (if/ib) đối với vật liệu tổng hợp cho phản ứng với Methanol đều cho giá trịlớn hơn 1.