Các nhà khoa học tìm ra cách biến CO2 thành nguồn nhiên liệu có giá trị
Bởi Đại học Yale
Ngày 17 tháng 1 năm 2026
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để ổn định các chất xúc tác kim loại giá rẻ, giúp chúng chuyển hóa hiệu quả carbon dioxide thành một chất hóa học có liên quan đến năng lượng. Ảnh: Stock
Một chất xúc tác giá rẻ được thiết kế lại cho thấy độ bền bất ngờ trong khi chuyển đổi CO₂ thành chất mang năng lượng hữu ích.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Yale và Đại học Missouri báo cáo rằng các chất xúc tác được làm bằng mangan có thể chuyển hóa hiệu quả carbon dioxide thành formate. Mangan là một kim loại phổ biến và giá rẻ, và formate được nghiên cứu rộng rãi như một cách khả thi để lưu trữ và giải phóng hydro cho các công nghệ pin nhiên liệu trong tương lai.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Chem. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Justin Wedal của Đại học Yale và trợ lý nghiên cứu sau đại học Kyler Virtue của Đại học Missouri, với sự đóng góp quan trọng từ giáo sư Nilay Hazari của Đại học Yale và giáo sư Wesley Bernskoetter của Đại học Missouri.
Tại sao việc lưu trữ và sản xuất hydro vẫn quan trọng?
Pin nhiên liệu hydro tạo ra điện bằng cách chuyển đổi năng lượng hóa học được lưu trữ trong hydro, tương tự như cách hoạt động của pin. Mặc dù đầy hứa hẹn, một trong những trở ngại lớn nhất đối với việc áp dụng rộng rãi là tìm ra các phương pháp sản xuất và lưu trữ hydro hiệu quả và giá cả phải chăng ở quy mô lớn.
“Việc sử dụng carbon dioxide hiện là ưu tiên hàng đầu, khi chúng ta tìm kiếm các nguyên liệu hóa học tái tạo để thay thế các nguyên liệu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch,” Hazari, Giáo sư Hóa học John Randolph Huffman và chủ nhiệm khoa Hóa học tại Khoa Nghệ thuật và Khoa học (FAS) của Đại học Yale cho biết.
Axit formic, dạng proton hóa của formate, hiện đã được sản xuất với số lượng lớn cho các mục đích công nghiệp như bảo quản thực phẩm, xử lý kháng khuẩn và thuộc da. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu nó như một nguồn hydro tiềm năng cho pin nhiên liệu, với điều kiện là nó có thể được sản xuất một cách bền vững và khả thi.
Vấn đề chất xúc tác: Chi phí, độ ổn định và độc tính
Hiện nay, sản xuất formate công nghiệp liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, và do đó không được coi là một lựa chọn bền vững về lâu dài. Các nhà nghiên cứu cho rằng, một phương pháp thân thiện hơn với môi trường là tạo ra format từ khí carbon dioxide trong khí quyển, về cơ bản là loại bỏ khí nhà kính và chuyển đổi nó thành một sản phẩm hữu ích.
Nhưng để làm được điều này, cần có chất xúc tác. Và đó chính là thách thức đối với các nhà nghiên cứu.
Nhiều chất xúc tác tiềm năng hiệu quả đang được phát triển dựa trên kim loại quý, vốn đắt tiền, khan hiếm và có độc tính cao. Mặt khác, các chất xúc tác kim loại dồi dào hơn, bền vững hơn và rẻ hơn lại có xu hướng kém hiệu quả hơn vì chúng phân hủy nhanh chóng, điều này hạn chế khả năng chuyển đổi carbon dioxide thành format.
Thiết kế Mangan có tuổi thọ cao hơn
Nhóm của Hazari đưa ra một phương pháp mới.
Các nhà nghiên cứu đã có thể kéo dài tuổi thọ xúc tác của các chất xúc tác dựa trên mangan đến mức hiệu quả của chúng vượt trội so với hầu hết các chất xúc tác kim loại quý. Họ cho biết, sự đổi mới quan trọng là ổn định các chất xúc tác bằng cách thêm một nguyên tử cho khác vào thiết kế phối tử (phối tử là các nguyên tử hoặc phân tử liên kết với nguyên tử kim loại và ảnh hưởng đến khả năng phản ứng).
“Tôi rất vui mừng khi thấy thiết kế phối tử mang lại hiệu quả ý nghĩa như vậy,” Wedal nói.
Các nhà nghiên cứu cũng cho biết phương pháp của họ có thể được áp dụng rộng rãi cho các chuyển đổi xúc tác khác, ngoài việc chuyển đổi carbon dioxide thành formate.
Tham khảo: “Cải thiện năng suất và độ ổn định cho quá trình hydro hóa CO2 bằng cách sử dụng phức chất Mn liên kết kẹp với phối tử bán linh hoạt” của Justin C. Wedal, Kyler B. Virtue, Wesley H. Bernskoetter, Nilay Hazari, Brandon Q. Mercado và Nicole Piekut, ngày 5 tháng 1 năm 2026, Chem.
DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102833
Brandon Mercado và Nicole Piekut của Đại học Yale là đồng tác giả của nghiên cứu. Kinh phí cho nghiên cứu đến từ Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
