Các nhà khoa học tạo ra “lá nhân tạo” có thể biến CO₂ thành sản phẩm hữu ích
Đại học Cambridge | Ngày 4 tháng 11 năm 2025
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã phát triển một thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời, mô phỏng quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển đổi CO₂, ánh sáng mặt trời và nước thành nhiên liệu hóa học có giá trị.
Thiết bị “lá bán nhân tạo” này có thể hoạt động liên tục, hiệu quả, không độc hại và tạo ra các hợp chất dùng trong dược phẩm với độ tinh khiết cao — mở ra triển vọng thay thế nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất hóa chất và thúc đẩy một kỷ nguyên hóa học xanh mới.
Đột phá trong hóa học bền vững
Ngành công nghiệp hóa chất toàn cầu hiện là nguồn phát thải khoảng 6% lượng CO₂ toàn cầu, do phụ thuộc mạnh vào nhiên liệu hóa thạch để tạo ra hàng loạt hợp chất phục vụ nhựa, mỹ phẩm, dược phẩm, sơn, điện tử và chất tẩy rửa.
Nhóm nghiên cứu của Cambridge đang tìm kiếm các giải pháp “phi hóa thạch hóa” quy trình sản xuất này, hướng tới một nền kinh tế tuần hoàn và ít phát thải hơn.
Cấu tạo của “lá bán nhân tạo”
Thiết bị mới kết hợp polyme hữu cơ hấp thụ ánh sáng với enzyme từ vi khuẩn để biến ánh sáng, nước và CO₂ thành formate — một loại nhiên liệu sạch có thể dùng trong các phản ứng hóa học tiếp theo.
Không giống các thiết kế cũ vốn phụ thuộc vào vật liệu độc hoặc kém bền, mô hình biohybrid mới này an toàn hơn, ổn định hơn và không cần chất phụ gia.
Biến CO₂ thành hóa chất giá trị cao
Trong quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi CO₂ thành formate, rồi tiếp tục dùng nó trong chuỗi phản ứng “domino” để tổng hợp hợp chất dược phẩm quan trọng, với hiệu suất và độ tinh khiết vượt trội.
Công trình được công bố trên tạp chí Joule, đánh dấu lần đầu tiên chất bán dẫn hữu cơ được dùng làm vật liệu hấp thụ ánh sáng trong thiết bị kiểu biohybrid — mở ra một họ “lá nhân tạo” mới có thể sản xuất nhiên liệu và hóa chất bền vững.
Giải quyết bài toán ổn định enzyme
Một thách thức lớn trong các hệ thống trước đây là enzyme cần chất đệm (buffer) để hoạt động, nhưng những chất này dễ phân hủy.
Nhóm nghiên cứu đã nhúng enzyme hỗ trợ carbonic anhydrase vào cấu trúc titan xốp, giúp hệ thống hoạt động ổn định trong dung dịch bicarbonate — tương tự như nước có ga, không cần phụ gia hóa học.
Hiệu suất và độ bền kỷ lục
Thử nghiệm cho thấy “lá nhân tạo” tạo ra dòng điện cao và hiệu suất gần như hoàn hảo, duy trì hoạt động liên tục hơn 24 giờ — gấp đôi thời gian so với các mẫu trước.
Tương lai của hóa học xanh
Nhóm nghiên cứu kỳ vọng mở rộng thời gian hoạt động và điều chỉnh thiết kế để sản xuất các hợp chất khác nhau.
“Chúng tôi đã chứng minh có thể tạo ra thiết bị năng lượng mặt trời vừa hiệu quả, bền vững, lại không chứa thành phần độc hại,”
— GS. Erwin Reisner, Trưởng nhóm nghiên cứu, phát biểu.
“Đây có thể là nền tảng cốt lõi cho việc sản xuất nhiên liệu và hóa chất xanh trong tương lai.”
Thông tin tham khảo
Bài báo: “Semi-artificial leaf interfacing organic semiconductors and enzymes for solar chemical synthesis”
Tác giả: Celine Wing See Yeung, Yongpeng Liu, Erwin Reisner et al.
Xuất bản: Joule, 10/10/2025 — DOI: 10.1016/j.joule.2025.102165_
Tài trợ bởi:
Singapore Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), European Research Council, Swiss National Science Foundation, Royal Academy of Engineering, và UK Research & Innovation (UKRI).
