Là một loại nhiên liệu dễ cháy, việc đốt khí hydro không góp phần vào sự nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, ngày nay, phần lớn khí hydro được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch và quá trình này thải ra khí nhà kính vào khí quyển. Việc tạo ra khí hydro từ các nguồn sạch, chẳng hạn như phân tách các phân tử nước bằng điện thông qua điện phân, là điều quan trọng để đạt được mức độ trung hòa carbon trong tương lai, nhưng các phương pháp hiện tại không hiệu quả và hạn chế tính thực tiễn thương mại của các công nghệ dựa trên hydro.
Hiệu suất của chất điện phân WS 2 /N-rGO-CC được tối ưu hóa thông qua việc tích hợp nitơ vào rGO để cải thiện sự tiếp xúc của nước với chất nền, hình thành các sợi nano WS 2 để tăng diện tích bề mặt của điện cực và số lượng tâm hoạt động, sự kết hợp 50% DMF trong bước tổng hợp thủy nhiệt cuối cùng để tăng lượng kim loại, pha 1T-WS 2 có trong chất xúc tác điện và sự tích hợp WS 2 trực tiếp vào vật liệu dẫn điện của điện cực mà không sử dụng chất kết dính. Nguồn: Nghiên cứu Nano , Nhà xuất bản Đại học Thanh Hoa
Một chất xúc tác điện mới tận dụng hoạt động điện hóa, diện tích bề mặt phản ứng và độ bền được tăng cường để cải thiện hiệu quả sản xuất khí hydro thông qua quá trình điện phân.
Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Công nghệ Xúc tác & Năng lượng NaNo (CONNECT), Đại học Hạ Môn ở Malaysia đã tổng hợp và mô tả chất xúc tác điện nước hiệu quả và bền bỉ bao gồm kim loại chuyển tiếp dichalcogenide vonfram disulfua (WS 2), một vật liệu hai chiều có đặc tính bán dẫn , đóng vai trò là chất nhận hoặc cho điện tử trong phản ứng điện phân.
Chất xúc tác điện, WS 2 /N-rGO/CC, được tạo ra trên vải carbon (CC) liên kết với graphene oxit (rGO) khử, một chất bán dẫn mạng hai chiều, kết hợp với một lượng rất nhỏ nitơ (N) để thay đổi tính chất của chất bán dẫn graphene oxit khử. Phản ứng thủy nhiệt chuyển đổi WS 2 hai chiều thành các cấu trúc giống như bông hoa ba chiều cực nhỏ gọi là hoa nano giúp tăng diện tích bề mặt của chất xúc tác điện để cải thiện hiệu suất phản ứng.
Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả của họ trên tạp chí Nano Research .
"Việc tổng hợp một điện cực tự hỗ trợ cho phản ứng tạo ra hydro trong quá trình thủy phân nước là rất quan trọng vì nó giải quyết được thách thức cơ bản trong sản xuất năng lượng sạch. Các phương pháp truyền thống thường dựa vào chất xúc tác và chất hỗ trợ đắt tiền, có thể hạn chế hiệu quả và khả năng mở rộng của sản xuất hydro. Công trình này thể hiện sự tiến bộ đáng kể bằng cách tạo ra một điện cực tự hỗ trợ, không chỉ tăng cường hoạt động xúc tác điện mà còn cung cấp giải pháp bền vững và tiết kiệm chi phí để sản xuất hydro”, Feng Ming Yap, tác giả chính của bài báo và nghiên cứu sinh tại Trường Đại học Y khoa cho biết. Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học tại Đại học Hạ Môn Malaysia ở Selangor Darul Ehsan, Malaysia.
Bởi vì loại hoạt tính của chất xúc tác điện, vonfram disulfua, được tích hợp trực tiếp vào vật liệu dẫn điện của điện cực, WS 2 /N-rGO/CC được coi là điện cực tự hỗ trợ. Không có chất kết dính polyme hoặc chất phụ gia nào có trong chất xúc tác điện tổng hợp để che giấu các vị trí hoạt động của chất xúc tác hoặc làm giảm độ dẫn điện tử, tối đa hóa hiệu quả phản ứng.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm kết hợp nhiều lượng dimethylformamide (DMF) khác nhau trong phản ứng tổng hợp thủy nhiệt cuối cùng để xác định nồng độ tốt nhất cho quá trình chuyển pha 1T kim loại ưa thích của WS 2 cho điện cực. Điện cực được phát triển bằng cách sử dụng nồng độ 50% DMF trong nước (50% WGC) trong phản ứng thủy nhiệt cuối cùng đã thể hiện các đặc tính vượt trội so với các điện cực được tổng hợp bằng cách sử dụng dung dịch DMF 0, 25, 75 và 100%.
Wee-Jun cho biết: "Điện cực của chúng tôi có thể sản xuất hydro một cách hiệu quả trong nhiều điều kiện pH khác nhau, khiến nó trở nên linh hoạt và thích ứng với nhiều ứng dụng thực tế khác nhau. Đây là một bước tiến tới sản xuất hydro bền vững và hiệu quả, điều cần thiết cho một tương lai năng lượng sạch hơn". Ong, người giám sát dự án và phó giáo sư tại Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học tại Đại học Hạ Môn Malaysia.
Điều quan trọng là chất xúc tác điện 50% WGC hoạt động tốt hơn chất xúc tác điện chuẩn bạch kim, 20% Pt-C/CC đối với HER trong cả điều kiện axit và cơ bản. Cụ thể, 50% WGC thể hiện mức điện thế hoặc năng lượng cần thiết để tách nước thấp hơn 20% Pt-C/CC. Giá trị quá tiềm năng đối với 50% WGC là 21,13 mV so với 46,03 mV đối với 20% Pt-C/CC.
Nhóm nghiên cứu tin rằng các chất xúc tác điện tiết kiệm năng lượng và chi phí hơn, như 50% WGS, là điều tối quan trọng để đạt được các mục tiêu năng lượng sạch của thế giới. "Chúng tôi mong muốn khám phá khả năng mở rộng và triển khai thực tế công nghệ điện cực tự hỗ trợ của mình. Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là góp phần chuyển đổi sang bối cảnh năng lượng bền vững, nơi hydro có thể đóng vai trò quan trọng như một nguồn năng lượng sạch và tái tạo," cho biết Ông.
Jian Yiing Loh từ Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học và Trung tâm Xuất sắc về Công nghệ Năng lượng & Xúc tác NaNo (CONNECT) tại Đại học Hạ Môn Malaysia ở Selangor Darul Ehsan, Malaysia cũng đóng góp cho nghiên cứu. Nghiên cứu này là một phần trong các sáng kiến của chính sách quốc gia ở Malaysia, cụ thể là Lộ trình chuyển đổi năng lượng quốc gia (NETR) và Lộ trình công nghệ và kinh tế hydro (HETR), nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho năng lượng bền vững của Malaysia trong 5 năm tới.
