Những tiến bộ về vật liệu xúc tác quang điện hóa dạng oxit làm điện cực cho phản ứng tách nước
109 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.96.2024.3-11Từ khóa:
Quang điện hóa; Xúc tác; Phản ứng tách nước; Vật liệu oxitTóm tắt
Trong bối cảnh toàn cầu đang đối diện với nhiều thách thức về cung cấp năng lượng và tác động nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, năng lượng hydro được xem là một trong những lựa chọn quan trọng nhất để thay thế năng lượng hóa thạch và đóng góp vào mục tiêu phát triển năng lượng sạch và bền vững. Phản ứng tách nước là một quá trình quan trọng để sản xuất hydro thông qua thu thập và tách khí hydrogen từ nước. Điều này đòi hỏi sự hiện diện của chất xúc tác có hiệu suất cao, có khả năng tăng tốc độ phản ứng và đảm bảo tính bền vững trong quá trình hoạt động. Điểm mấu chốt của việc nghiên cứu và phát triển vật liệu xúc tác là để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất hydro. Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày một số những tiến bộ về tổng hợp chế tạo vật liệu xúc tác quang điện hóa cho phản ứng tách nước dạng oxit.
Tài liệu tham khảo
[1]. M. M. I. Qureshy et al., Int. J. Hydrogen Energy, 44, 9237–9247, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.280
[2]. A. du Plessis, “Springer International Publishing, Cham, pp. 27–53, (2019).
[3]. M. Wang et al., Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies Model ®, USDOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE).
[4]. R. Perez et al., A Fundamental Look at Supply Side Energy Reserves for the Planet, (2015).
[5]. Statistical Review of World Energy, (2021).
[6]. D. Commandeur et al., ACS Appl. Nano Mater., 2, 1570–1578, (2019). DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00047
[7]. M. Lamers et al., Chem. Mater., 30, 8630–8638, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b03859
[8]. Z. Ma et al., J. Phys. Chem. C, 122, 19281–19288, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b02828
[9]. J. Brillet et al., Nat. Photonics, 6, 824–828, (2012). DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.265
[10]. W. H. Cheng et al., ACS Energy Lett., 3, 1795–1800, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00920
[11]. A. Chaves et al., npj 2D Mater. Appl., 4, 29, (2020).
[12]. Y. F. Tay et al., Water Joule, 2, 537–548, (2018). DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.01.012
[13]. K. C. Kwon et al,. Energy Environ. Sci., 9, 2240–2248, (2016). DOI: https://doi.org/10.1039/C6EE00144K
[14]. B. Meena. et al., Sustain. Energy Technol. Assess., 49, 101775, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101775
[15]. M. Kumar et al.,. Sustain. Energy Fuels, 6, 3961–3974, (2022). DOI: https://doi.org/10.1039/D2SE00600F
[16]. P. Subramanyam et al., Catal. Today, 379, 1–6, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.01.041
[17]. D. Chen et al., ACS Sustain. Chem. Eng., 6, 12328–12336, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b02801
[18]. S. E. Jun et al., Small, 17, 1–10, (2021).
[19]. S. Wang et al., Angew. Chem. Int. Ed., 56, 8500–8504, (2017). DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201703491
[20]. N. T. Tung et al., Environmental Research, 231, 115984, (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.115984
[21]. B. Moss, O. Babacan, A. Kafizas and A. Hankin, Adv. Energy Mater., 11, 1–43, (2021). DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202003286
[22]. X. Sheng, T. Xu and X. Feng, Adv. Mater., 31, 1–29, (2019).
[23]. X. Sheng, T. Xu and X. Feng, Adv. Mater., 31, 1–29, (2019). DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201805132
[24]. K.-H. Ye et al., Nano Energy, 18, 222–231, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2015.10.018
[25]. T. Ishibashi, M. Higashi, S. Ikeda and Y. Amao, ChemCatChem, 11, 6227–6235, (2019). DOI: https://doi.org/10.1002/cctc.201901563
[26]. C. J. Querebillo et al., Chem.–Eur. J., 25, 16048–16053, (2019). DOI: https://doi.org/10.1002/chem.201902963
[27]. A. Khan et al., Ceram. Int., 46, 19691–19700, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.047
[28]. Z. Peng et al., Int. J. Hydrogen Energy, 44, 2446–2453, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.064
[29]. K. Karmakar et al., ACS Appl. Nano Mater., 3, 1223–1231, (2020). DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01972
[30]. W. Li et al., Chem. Eng. J., 379, 122256, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122256
[31]. X. Liu, F. Zhan, D. Li and M. Xue, Int. J. Hydrogen Energy, 45, 28836–28846, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.07.277
[32]. X. Fu et al., J. Mater. Chem. A, 2, 18383–18397, (2014). DOI: https://doi.org/10.1039/C4TA03464C
[33]. S. S. M. Bhat et al., Appl. Catal., B, 259, 118102, (2019).
[34]. H. Li et al., J. Am. Ceram. Soc., 103, 1187–1196, (2020). DOI: https://doi.org/10.1111/jace.16807
[35]. M. A. Tekalgne et al., J. Phys. Chem. C, 124, 647–652, (2020). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b09623
[36]. H. Bian et al., Part. Part. Syst. Charact., 35, 4–9, (2018). DOI: https://doi.org/10.1002/ppsc.201870013
[37]. S. N. Lou et al., J. Mater. Chem. A, 4, 6964–6971, (2016). DOI: https://doi.org/10.1039/C6TA00700G
[38]. F. Zhan et al., RSC Adv., 5, 69753–69760, (2015). DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA11464K
[39]. M. K. Mohanta et al., ACS Appl. Energy Mater., 2, 7457–7466, (2019). DOI: https://doi.org/10.1021/acsaem.9b01450
[40]. F. K. Butt et al., New J. Chem., 39, 5197–5202, (2015). DOI: https://doi.org/10.1039/C5NJ00614G
[41]. C. S. Yaw et al., Chem. Eng. J., 364, 177–185, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.179
[42]. F. F. Abdi et al., J. Phys. Chem. Lett., 4, 2752–2757, (2013). DOI: https://doi.org/10.1021/jz4013257
[43]. Y. Ma et al., Carbon, 114, 591–600, (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.12.043
[44]. S. Y. Chae et al., RSC Adv., 4, 24032–24037, (2014). DOI: https://doi.org/10.1039/C4RA02868F
[45]. J. Li et al., ChemElectroChem, 5, 300–308, (2018). DOI: https://doi.org/10.1002/celc.201701056
[46]. M. Zhou et al., Chem. Eng. J., 370, 218–227, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.03.193
[47]. L. Yao et al., Appl. Catal., B, 268, 118460, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118460
[48]. Y. Chen et al., Int. J. Hydrogen Energy, 45, 6174–6183, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.12.170
[49]. A. R. C. Bredar et al., ACS Appl. Energy Mater., 3, 66–98, (2020). DOI: https://doi.org/10.1021/acsaem.9b01965
[50]. F. Trier et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 51, 293002, (2018). DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aac9aa
[51]. M. S. Hammer et al., Nanotechnology, 19, 485701, (2008). DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/48/485701
[52]. A. J. E. Rettie et al., J. Phys. Chem. Lett., 7, 471–479, (2016). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b02143
[53]. J.-W. Jang et al., Adv. Energy Mater., 7, 1701536, (2017).
[54]. M. Li et al., Sci. Rep., 9, 1–12, (2019).
[55]. A. Moysiadou and X. Hu, J. Mater. Chem. A, 7, 25865–25877, (2019). DOI: https://doi.org/10.1039/C9TA10308B
[56]. L. Li et al., Chem. Commun., 46, 7307, (2010). DOI: https://doi.org/10.1039/c0cc01828g
[57]. G. Wang, X. Yang, F. Qian, J. Z. Zhang, Y. Li, Nano Lett., 10, 1088, (2010). DOI: https://doi.org/10.1021/nl100250z
[58]. Y.-C. Pu et al., Nano Lett., 13, 3817, (2013). DOI: https://doi.org/10.1021/nl4018385
[59]. G. Baffou, R. Quidant, Chem. Soc. Rev., 43, 3898, (2014). DOI: https://doi.org/10.1039/c3cs60364d
[60]. Z. Zhang, L. Zhang, M. N. Hedhili, H. Zhang, P. Wang, Nano Lett., 13, 14, (2013). DOI: https://doi.org/10.1021/nl3029202
[61]. G. V Naik, V. M. Shalaev, A. Boltasseva, Adv. Mater., 25, 3264, (2013). DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201205076
[62]. M. Rycenga et al., Chem. Rev., 111, 3669, (2011). DOI: https://doi.org/10.1021/cr100275d
[63]. R. Kavitha, S. G. Kumar, Mater. Sci. Semicond. Process., 93, 59, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.12.026
[64]. K. Qi, B. Cheng, J. Yu, W. Ho, J. Alloys Compd., 727, 792, (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.142
[65]. P. Fageria, S. Gangopadhyay, S. Pande, RSC Adv., 4, 24962, (2014). DOI: https://doi.org/10.1039/C4RA03158J
[66]. S. Kattel, P. J. Ramírez, J. G. Chen, J. A. Rodriguez, P. Liu, Science (80), 355, 1296, (2017). DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal3573
[67]. S. Mubeen et al., ACS Nano, 8, 6066, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/nn501379r
[68]. Z. Zhang, J. T. Yates, Chem. Rev., 112, 5520, (2012). DOI: https://doi.org/10.1021/cr3000626
[69]. N. Güy, M. Özacar, Int. J. Hydrogen Energy, 41, 20100, (2016). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.07.063
[70]. X. Zhang, Y. Liu, Z. Kang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 4480, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/am500234v
[71]. S. W. Kanget al., Mater. Today Commun., 21, 100675, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2019.100675
[72]. C. Mahala, M. D. Sharma, M. Basu, ACS Appl. Nano Mater., 3, 1153, (2020). DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01678
[73]. W. Zhang et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 180, 25, (2018).
[74]. Y. Liu et al., Sci. Rep., 6, 29907, (2016).
[75]. M. Wu et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 15052, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/am503044f
[76]. H. M. Chen et al., Small, 9, 2926, (2013).
[77]. A. Sreedhar et al., J. Electroanal. Chem., 832, 426, (2019).
[78]. Y. Wei et al., Nanotechnology, 23, 235401, (2012). DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/23/23/235401
[79]. J. Zhang, W. Wang, X. Liu, Mater. Lett., 110, 204, (2013). DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.07.113
[80]. H. Liu, Y. Hu, Z. Zhang, X. Liu, H. Jia, B. Xu, Appl. Surf. Sci., 355, 644, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.07.012
[81]. A. Fujishima, K. Honda, Nature, 238, 37, (1972). DOI: https://doi.org/10.1038/238037a0
[82]. X. Yang, X. Wu, J. Li, Y. Liu, RSC Adv., 9, 29097, (2019). DOI: https://doi.org/10.1039/C9RA05113A
[83]. A. S. Hainer et al., ACS Energy Lett., 3, 542, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00152
[84]. J. Abed et al., Nanomaterials, 10, 2260, (2020). DOI: https://doi.org/10.3390/nano10112260
[85]. H. Wang et al., J. Phys. Chem. C, 116, 6490, (2012). DOI: https://doi.org/10.1021/jp212303q
[86]. J. Zhang et al., ACS Nano, 10, 4496, (2016). DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.6b00263
[87]. S. Choi, Y. S. Nam, ACS Appl. Energy Mater., 1, acsaem.7b00262, (2018).
[88]. M.-I. Mendoza-Diaz et al., J. Phys. Chem. C, 124, 25421, (2020). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c08381
[89]. Z. Zhan et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 1139, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/am404738a
[90]. R. Song, M. Liu, B. Luo, J. Geng, D. Jing, AIChE J., 66, 1–10, (2020). DOI: https://doi.org/10.1002/aic.17008
[91]. Y. Zhu et al., RSC Adv., 6, 56800, (2016). DOI: https://doi.org/10.1039/C6RA09647F
[92]. L. Sang, H. Ge, B. Sun, Int. J. Hydrogen Energy, 44, 15787, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.094
[93]. M. Mishra, D.-M. Chun, Appl. Catal. A Gen., 498, 126, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.03.023
[94]. J. E. Turner et al., J. Electrochem. Soc., 131, 1777, (1984). DOI: https://doi.org/10.1149/1.2115959
[95]. B. M. Hunter, H. B. Gray, A. M. Müller, Chem. Rev., 116, 14120, (2016). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00398
[96]. J. Deng, X. Lv, J. Zhong, J. Phys. Chem. C, 122, 29268, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b08826
[97]. K. G. Upul Wijayantha et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 13, 5264, (2011). DOI: https://doi.org/10.1039/c0cp02408b
[98]. Y. Fu et al., Appl. Catal. B Environ., 260, 118206, (2020).
[99]. W. Xiong, Q. Zhao, X. Li, L. Wang, Part. Part. Syst. Charact., 33, 602, (2016). DOI: https://doi.org/10.1002/ppsc.201600085
[100]. L. Wang, H. Hu, N. T. Nguyen, Y. Zhang, P. Schmuki, Y. Bi, Nano Energy, 35, 171, (2017). DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.03.035
[101]. E. Thimsen, F. Le Formal, M. Grätzel, S. C. Warren, Nano Lett., 11, 35, (2011). DOI: https://doi.org/10.1021/nl1022354
[102]. L. Wang, X. Zhou, N. T. Nguyen, P. Schmuki, ChemSusChem, 8, 618, (2015). DOI: https://doi.org/10.1002/cssc.201403013
[103]. P. S. Archana, N. Pachauri, Z. Shan, S. Pan, A. Gupta, J. Phys. Chem. C, 119, 15506, (2015). DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b02357
[104]. J. Zheng et al., Energy Environ. Sci., 12, 2345, (2019). DOI: https://doi.org/10.1039/C9EE00524B
[105]. I. Thomann et al., Nano Lett., 11, 3440, (2011). DOI: https://doi.org/10.1021/nl201908s
[106]. X. Wang et al., Nano Lett., 14, 18, (2014). DOI: https://doi.org/10.1021/nl501302s
