Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần dung dịch chất điện ly đến phản ứng điện phân nước tạo hydrogen trên điện cực Ni-MOF/NF trong môi trường kiềm

##plugins.themes.academic_pro.article.main##

Author

  • Vũ Thị Duyên
    Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Ngô Thị Mỹ Bình
    Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Đoàn Văn Dương
    Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Võ Thắng Nguyên
    Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam
    Đinh Văn Tạc
    Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, Việt Nam

Từ khóa:

Ni-MOF/NF
phối tử 2-methylimidazole
điện phân nước giải phóng hydrogen (HER)
dung dịch chất điện ly
cation kim loại kiềm
pH

Tóm tắt

Vật liệu khung hữu cơ kim loại phân tán trên nền bọt nickel Ni-MOF/NF được tổng hợp bằng phương pháp nhiệt dung môi sử dụng phối tử hữu cơ 2-methylimidazole. Ảnh hưởng của pH và nồng độ chất điện ly nền đến động học phản ứng điện phân nước tạo thành hydrogen trên điện cực Ni-MOF/NF trong môi trường kiềm đã được khảo sát. Kết quả khảo sát cho thấy, cả pH và nồng độ cation Na+ đều ảnh hưởng mạnh tới động học của quá trình cathode giải phóng hydrogen. Tăng pH và nồng độ cation Na+ quá thế giải phóng hydrogen giảm đáng kể. Các phân tích chỉ ra tăng độ kiềm làm giảm hệ số chuyển điện tích (α) và làm tăng mật độ dòng trao đổi (i0). Cation Na+ trong môi trường kiềm có vai trò như là chất mang nước hoạt tính giúp làm tăng tốc độ phản ứng điện phân nước giải phóng hydrogen. Vật liệu Ni-MOF/NF xúc tác tốt nhất cho phản ứng giải phóng hydrogen trong môi trường kiềm mạnh (pH 14), tổng nồng độ cation Na+ bằng 1,7 M.

Tài liệu tham khảo

    [1] K. Seelam, B. Rathnayake, S. Pitkäaho, E. Turpeinen, and R. L. Keiski, “Overview on recent developments on hydrogen energy: Production, catalysis, and sustainability”, Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes, Elsevier, pp. 3-32, 2020. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817110-3.00001-1
    [2] Anantharaj, S. R. Ede, K. Sakthikumar, K. Karthick, S. Mishra, and S. Kundu, “Recent Trends and Perspectives in Electrochemical Water Splitting with an Emphasis on Sulfide, Selenide, and Phosphide Catalysts of Fe, Co, and Ni: A Review”, ACS Catalysis, Vol. 6, No. 12, pp. 8069-8097, 2016. http://doi.org/10.1021/acscatal.6b02479
    [3] Kumar, R. Kaur, and S. Sharma, “Recent reports on hydrogen evolution reactions and catalysis”, Results in Chemistry, Vol. 4, No. 100613, 2022. https://doi.org/10.1016/j.rechem.2022.100613
    [4] T. Bender et al., “Understanding cation effects on the hydrogen evolution reaction”, ACS Energy Lett, Vol. 8, No. 1, pp. 657-665, 2023. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02500
    [5] A. Kamat et al., “Acid anion electrolyte effects on platinum for oxygen and hydrogen electrocatalysis”, Communications Chemistry, Vol. 5, No. 20, 2022. https://doi.org/10.1038/s42004-022-00635-1
    [6] Zheng, W. Sheng, Z. Zhuang, B. Xu, and Y. Yan, “Universal dependence of hydrogen oxidation and evolution reaction activity of platinum-group metals on pH and hydrogen binding energy”, Science advances, Vol. 2, No. 3, pp. 1-8, 2016. http://doi.org/10.1126/sciadv.1501602
    [7] C. O. Monteiro, A. Goyal, P. Moerland, and M. T. M. Koper, “Understanding Cation Trends for Hydrogen Evolution on Platinum and Gold Electrodes in Alkaline Media”, ACS Catalysis, Vol. 11, No. 23, pp. 14328–14335, 2021. https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04268
    [8] Shinagawa, A. T. Garcia-Esparza, and K. Takanabe, “Insight on Tafel slopes from a microkinetic analysis of aqueous electrocatalysis for energy conversion”, Scientific RepoRts, Vol. 5, No. 13801, 2015. https://doi.org/10.1038/srep13801
    [9] Liu, S. Mukerjee, and Q. Jia, “New Insights of the pH Effect on Hydrogen Evolution and Oxidation Reactions Mechanisms in Alkaline Solutions”, ECS Meeting Abstracts, Vol. 01, No. 37, pp. 1534, 2020. http://doi.org/10.1149/MA2020-01371534mtgabs
    [10] T. Duyen et al., “A Study on Synthesis and Evaluation of Catalytic Activity for Hydrogen Evolution Reaction of Ni-MOF Materials on Nickel Foam Using Ligand 2-Methylimidazole”. The University of Danang - Journal of Science and Technology, Vol. 21, No. 8.2, pp. 80-85, 2023.
    [11] Goyal and M. T. M. Koper, “The Interrelated Effect of Cations and Electrolyte pH on the Hydrogen Evolution Reaction on Gold Electrodes in Alkaline Media”, Angew. Chem. Int. Ed. Vol. 60, pp. 13452–13462, 2021. http://doi.org/10.1002/anie.202102803
    [12] Zhong, Y. Deng, W. Hu, J. Qiao, L. Zhangd, and J. Zhang, “Review of electrolyte materials andcompositions for electrochemical supercapacitors”, Chem. Soc. Rev., Vol. 44, No. 21, pp. 7484-7539, 2015. http://doi.org/10.1039/c5cs00303b
    [13] S. Haghighat and J. M. Dawlaty, “pH Dependence of the Electron-Transfer Coefficient: Comparing a Model to Experiment for Hydrogen Evolution Reaction”, Journal of Physical Chemistry C, Vol. 120, No. 50, pp. 28489–28496, 2016. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b10602
Xem thêm

##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##

Đã Xuất bản

Nov 30, 2023
Download
PDF
Cách trích dẫn
Vũ Thị Duyên, Ngô Thị Mỹ Bình, Đoàn Văn Dương, Võ Thắng Nguyên, và Đinh Văn Tạc. “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần Dung dịch chất điện Ly đến phản ứng điện phân nước tạo Hydrogen Trên điện cực Ni-MOF/NF Trong môi trường kiềm”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 21, số p.h 11.1, Tháng Mười-Một 2023, tr 63-67, https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/8850.

##plugins.themes.academic_pro.article.details##

Các bài báo được đọc nhiều nhất của cùng tác giả