Đại học Tohoku phát triển vật liệu quang xúc tác oxit sắt để sản xuất hydro bằng ánh sáng
Annie Nguyễn
(Ngày 24 tháng 8 năm 2026)
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Tohoku (Nhật Bản) đã công bố thành công trong việc sử dụng oxit sắt (Fe₂O₃) làm chất xúc tác quang cho phản ứng phân tách nước để sản xuất hydro, mở ra hướng đi mới sử dụng vật liệu rẻ tiền và dồi dào cho công nghệ hydro xanh.
Điểm đột phá và cơ chế
Oxit sắt nguyên chất vốn không có hoạt tính xúc tác quang cho phản ứng phân tách nước. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Hideki Kato, Giáo sư Shunya Yoshino và các đồng nghiệp dẫn đầu tại Viện Nghiên cứu Khoa học Vật liệu Đa chiều Đại học Tohoku, hợp tác với Đại học Nagoya, đã phát hiện rằng việc bổ sung khoảng 1% titan vào oxit sắt giúp nó trở nên hoạt động như một chất xúc tác quang.
Qua các phép đo điện hóa, nhóm nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ chế: quá trình pha tạp titan làm giảm điện trở và cải thiện tính chất bán dẫn loại n của oxit sắt, từ đó thúc đẩy quá trình tách các điện tử và lỗ trống được tạo ra dưới ánh sáng. Chính sự phân tách hiệu quả này là nguyên nhân giúp oxit sắt pha tạp titan có hoạt tính xúc tác quang cho phản ứng phân tách nước.
Kết quả thử nghiệm
Khi kết hợp oxit sắt pha tạp titan với chất xúc tác quang tạo hydro là stronti titanate pha rhodium (Rh-doped SrTiO₃) trong cấu hình xúc tác kiểu Z-scheme, phản ứng phân tách nước để tạo ra hydro và oxy đã diễn ra thành công. Oxit sắt đóng vai trò là chất xúc tác tiến hóa oxy, một thành phần quan trọng trong hệ thống quang phân tách nước.
Ý nghĩa và ứng dụng
Nghiên cứu này cung cấp hướng dẫn thiết kế vật liệu quan trọng cho việc sử dụng oxit sắt – một nguyên tố có trữ lượng lớn và giá thành thấp – trong các hệ thống quang xúc tác phân tách nước sử dụng ánh sáng mặt trời. Đây là một bước tiến hướng tới công nghệ sản xuất hydro xanh bền vững và hiệu quả hơn. Công trình được công bố trên tạp chí ACS Applied Energy Materials (Hóa học Hoa Kỳ) vào ngày 7 tháng 8 năm 2026.
