Đại học Kyoto và các cộng sự phát triển chất đồng xúc tác đa năng đầu tiên cho phản ứng quang xúc tác phân hủy toàn phần nước
Ngày 05 tháng 6, 2026 – Annie Nguyễn
Lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã chứng minh được một chất đồng xúc tác “đa năng” có khả năng thúc đẩy cả hai phản ứng cần thiết cho quá trình phân hủy toàn phần nước bằng quang xúc tác, qua đó đơn giản hóa đáng kể quy trình sản xuất hydro sạch từ ánh sáng mặt trời và nước.
Nghiên cứu do Giáo sư Ryota Sakamoto (Đại học Tohoku) dẫn đầu, hợp tác với các nhà khoa học đến từ Đại học Kyoto, Đại học Kyushu, Đại học Osaka và Viện Nghiên cứu Vật lý và Hóa học (RIKEN), đã phát hiện rằng một loại khung kim loại - hữu cơ hai chiều có tính dẫn điện mang tên Co-HHTP có thể hoạt động như chất đồng xúc tác đa năng đầu tiên cho phản ứng quang phân hủy toàn phần nước. Công trình được công bố trên tạp chí Nature Chemistry ngày 23 tháng 4 năm 2026.
Trong các hệ thống phân hủy nước truyền thống, cần có hai chất đồng xúc tác riêng biệt: một cho phản ứng sinh hydro (HER) và một cho phản ứng sinh oxy (OER). Các chất này phải được gắn chính xác vào các vị trí cụ thể trên bề mặt chất quang xúc tác thông qua quy trình lắng đọng quang học nhiều bước phức tạp. Ngoài ra, còn cần một lớp chắn oxy để ngăn phản ứng khử oxy ngược. Những cấu trúc phức tạp này gây khó khăn cho sản xuất quy mô lớn và ổn định lâu dài.
Nhóm nghiên cứu đã biến đổi bề mặt của chất quang xúc tác titanat stronti pha tạp nhôm (SrTiO₃:Al) bằng các vùng nano Co-HHTP thông qua phương pháp tự lắp ráp một bước đơn giản. Vật liệu thu được đã thực hiện thành công quá trình phân hủy toàn phần nước ổn định mà không cần lớp chắn oxy, đạt hiệu suất lượng tử biểu kiến 31,5% ở bước sóng 350 nanomet.
Co-HHTP có cấu trúc mạng lưới lục giác gồm các ion coban và phối tử hữu cơ. Phản ứng sinh hydro diễn ra ngay trên mạng lưới này, trong khi phản ứng sinh oxy được kích hoạt khi ion coban chuyển từ trạng thái hóa trị hai lên ba. Cấu trúc đặc biệt này cũng giúp ngăn chặn phản ứng khử oxy ngược không mong muốn.
Chất đồng xúc tác mới này tránh được việc sử dụng kim loại quý như rhodium hay kim loại độc hại như crom thường thấy trong các hệ thống truyền thống. Với các ion kim loại và phối tử hữu cơ chi phí thấp, cùng quy trình tổng hợp một bước đơn giản, phát kiến này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy phát triển các công nghệ quang xúc tác phân hủy nước thực tiễn để sản xuất hydro bền vững, góp phần hiện thực hóa xã hội hydro trong tương lai.
