NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XÚC TÁC ĐIỆN HÓA TRÊN CƠ SỞ SULFIDE VÀ SELENIDE CỦA KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG ĐIỀU CHẾ HYDRO TỪ NƯỚC
Hóa lý thuyết và Hóa lý
Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu xúc tác điện hóa trên cơ sở sulfide và selenide của kim loại chuyển tiếp cho phản ứng điều chế hydro từ nước (HER). Với bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng cao, cùng với sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và các vấn đề ô nhiễm môi trường, hydro được xem là một nguồn năng lượng sạch, tái tạo đầy tiềm năng. Mặc dù platin (Pt) được biết đến là xúc tác hiệu quả nhất cho HER, nhưng giá thành cao và trữ lượng hạn chế đã thúc đẩy việc tìm kiếm các vật liệu thay thế hiệu quả và kinh tế hơn. Trong số đó, vật liệu sulfide và selenide của các kim loại chuyển tiếp được đánh giá cao về khả năng thay thế Pt.
Mục tiêu chính của luận án là chế tạo thành công các xúc tác mới trên cơ sở hợp chất sulfides/selenides của kim loại chuyển tiếp, cụ thể là MoSe2 tinh thể có nhiều sai hỏng cấu trúc, MoSe vô định hình và CoMoS vô định hình, với hoạt tính xúc tác cao. Đồng thời, nghiên cứu nhằm xác định cấu trúc và cơ chế hoạt động của các chất xúc tác này để làm cơ sở cho việc tiếp tục phát triển các xúc tác mới có đặc tính tốt hơn về hoạt tính và độ bền.
Các nội dung nghiên cứu chính bao gồm: chế tạo vật liệu tinh thể ex-MoSe2 với nhiều sai hỏng cấu trúc bằng phương pháp bóc lớp trong pha lỏng; chế tạo vật liệu MoSe vô định hình thông qua phương pháp dung môi nhiệt; và chế tạo vật liệu sulfides lưỡng kim loại chuyển tiếp (CoMoS) vô định hình. Luận án đã thành công trong việc chế tạo ex-MoSe2 từ MoSe2 khối, với các sai hỏng cấu trúc đóng vai trò là tâm hoạt động xúc tác, làm tăng hoạt tính HER. Quá trình oxi hóa điện hóa ex-MoSe2 còn tạo thêm các tâm xúc tác mới, cải thiện hoạt tính. Vật liệu MoSe vô định hình cũng được tổng hợp thành công với cấu trúc polymer, thể hiện hiệu quả xúc tác tốt và cơ chế hoạt động được làm rõ. Lần đầu tiên, xúc tác vô định hình CoMoS được chế tạo thành công, với các kết quả phân tích chứng minh vị trí và vai trò của Co trong cấu trúc vật liệu CoMoS tới khả năng tăng cường hoạt tính xúc tác của MoS. Luận án cũng đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến độ bền của xúc tác CoMoS trong các môi trường khác nhau, chỉ ra rằng xúc tác bền hơn trong môi trường trung tính so với môi trường axit. So sánh hoạt tính, mẫu CoMoS thể hiện hoạt tính xúc tác tốt nhất trong số các vật liệu được tổng hợp.