Cách mạng hóa năng lượng sạch: Các nhà nghiên cứu phát triển lò phản ứng nano hydro đột phá
Bởi Đại học LiverpoolNgày 23 tháng 12 năm 2024
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một lò phản ứng nano chạy bằng ánh sáng có thể sản xuất hydro hiệu quả, mô phỏng quá trình quang hợp. Sáng kiến này giúp giảm sự phụ thuộc vào vật liệu đắt tiền và thúc đẩy các giải pháp năng lượng sạch. (Ý tưởng của nghệ sĩ.) Tín dụng: SciTechDaily.com
Đại học Liverpool đã tạo ra một lò phản ứng nano lai sử dụng ánh sáng mặt trời để sản xuất hydro hiệu quả, cung cấp một giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm chi phí cho các chất xúc tác quang truyền thống.
Đại học Liverpool đã công bố một bước đột phá lớn trong kỹ thuật sinh học và năng lượng sạch. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một lò phản ứng nano lai chạy bằng ánh sáng mang tính đột phá, kết hợp hiệu quả tự nhiên của các quá trình sinh học với độ chính xác của thiết kế tổng hợp để sản xuất hydro, một nguồn năng lượng sạch và tái tạo.
Được trình bày chi tiết trong ACS Catalysis, nghiên cứu này giới thiệu một giải pháp sáng tạo cho một thách thức lâu đời trong việc sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất nhiên liệu. Trong khi các hệ thống quang hợp của tự nhiên rất giỏi trong việc khai thác ánh sáng mặt trời, thì các hệ thống nhân tạo trước đây lại không làm được như vậy. Phương pháp tiếp cận mới này đối với quang xúc tác nhân tạo đại diện cho một bước tiến đáng kể trong việc thu hẹp khoảng cách hiệu suất đó.
Thiết kế của lò phản ứng nano lai
Lò phản ứng nano lai là sản phẩm của sự tích hợp mới lạ giữa vật liệu sinh học và tổng hợp. Nó kết hợp các lớp vỏ α-carboxysome tái tổ hợp—các ngăn vi mô tự nhiên từ vi khuẩn—với chất bán dẫn hữu cơ có lỗ nhỏ. Các lớp vỏ carboxysome này bảo vệ các enzyme hydrogenase nhạy cảm, có hiệu quả cao trong việc sản xuất hydro nhưng dễ bị oxy làm bất hoạt. Việc bao bọc các enzyme này đảm bảo hoạt động và hiệu quả liên tục.
Giáo sư Luning Liu, Chủ tịch Khoa Kỹ thuật sinh học và Năng lượng sinh học vi sinh tại Đại học Liverpool đã hợp tác với Giáo sư Andy Cooper, từ Khoa Hóa học và Giám đốc Nhà máy đổi mới vật liệu (MIF) của trường. Cùng nhau, nhóm của họ đã tổng hợp một chất bán dẫn hữu cơ có lỗ nhỏ hoạt động như một ăng-ten thu sáng. Chất bán dẫn này hấp thụ ánh sáng khả kiến và truyền các exciton thu được đến chất xúc tác sinh học, thúc đẩy quá trình sản xuất hydro.
Thông tin chi tiết từ các nhà nghiên cứu
Giáo sư Luning Liu cho biết: “Bằng cách mô phỏng các cấu trúc và chức năng phức tạp của quá trình quang hợp tự nhiên, chúng tôi đã tạo ra một lò phản ứng nano lai kết hợp hiệu suất hấp thụ ánh sáng rộng và tạo ra exciton của vật liệu tổng hợp với sức mạnh xúc tác của các enzyme sinh học. Sự kết hợp này cho phép sản xuất hydro bằng cách sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng duy nhất”.
Công trình mới nhất này có ý nghĩa quan trọng và có tiềm năng loại bỏ sự phụ thuộc vào các kim loại quý đắt tiền như bạch kim – cung cấp một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí cho các chất xúc tác quang tổng hợp truyền thống trong khi vẫn đạt được hiệu quả tương đương. Bước đột phá này không chỉ mở đường cho sản xuất hydro bền vững mà còn có tiềm năng cho các ứng dụng công nghệ sinh học rộng hơn.
Giáo sư Andy Cooper, Giám đốc Nhà máy đổi mới vật liệu kết luận: “Thật tuyệt vời khi được hợp tác giữa các khoa của trường Đại học để đưa ra những kết quả này. Những phát hiện thú vị của nghiên cứu mở ra cánh cửa để chế tạo các lò phản ứng nano mô phỏng sinh học với nhiều ứng dụng trong năng lượng sạch và kỹ thuật enzyme, góp phần vào tương lai trung hòa carbon”.
Tài liệu tham khảo: “Light-Driven Hybrid Nanoreactor Harnessing the Synergy of Carboxysomes and Organic Frameworks for Efficient Hydrogen Production” của Jing Yang, Qiuyao Jiang, Yu Chen, Quan Wen, Xingwu Ge, Qiang Zhu, Wei Zhao, Oluwatobi Adegbite, Haofan Yang, Liang Luo, Hang Qu, Veronica Del-Angel-Hernandez, Rob Clowes, Jun Gao, Marc A. Little, Andrew I. Cooper và Lu-Ning Liu, ngày 6 tháng 12 năm 2024, ACS Catalysis.
DOI: 10.1021/acscatal.4c03672
