Đại học Tokai phát triển thiết bị màng mỏng lai ghép, vừa tạo ra điện vừa sản xuất hydro khi thả nổi trên mặt nước và chiếu ánh sáng
Ngày 10 tháng 8 năm 2026 | Annie Nguyễn
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Tokai, do Giáo sư Masayuki Takatani và Phó Giáo sư Ryuta Gemma dẫn đầu, đã công bố phát triển thành công một thiết bị màng composite linh hoạt, có khả năng vừa phát điện (nhiệt điện) vừa sản xuất hydro (qua phản ứng quang xúc tác) chỉ bằng cách thả nổi trên mặt nước và chiếu tia cực tím (UV). Kết quả này được đăng trên tạp chí quốc tế "International Journal of Hydrogen Energy" vào ngày 25 tháng 6 năm 2026.
Nguyên lý và cấu tạo thiết bị
Thiết bị được chế tạo từ màng composite kết hợp hai vật liệu chính: ống nano carbon đơn lớp (CNT) và vật liệu quang xúc tác graphitic carbon nitride (g-C₃N₄). Khi một phần màng tiếp xúc với nước, hiện tượng bay hơi làm mát cục bộ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ trong màng, từ đó sinh ra điện năng nhờ hiệu ứng nhiệt điện (Seebeck). Đồng thời, dưới tác động của tia cực tím, g-C₃N₄ kích hoạt phản ứng quang xúc tác, tạo ra điện tử và lỗ trống, điện tử được dẫn qua mạng lưới CNT để khử ion hydro thành khí hydro (H₂).
Kết quả thử nghiệm và hiệu suất
Trong các thí nghiệm, việc bổ sung 7,5% g-C₃N₄ vào màng CNT đã giúp cải thiện hệ số công suất (thước đo hiệu suất nhiệt điện) lên khoảng 2,6 lần so với màng CNT đơn thuần. Khi thử nghiệm trên mặt nước với ánh sáng UV, thiết bị đạt điện áp đầu ra tối đa 5,1 mV, cao hơn 38% so với màng CNT. Đồng thời, các nhà nghiên cứu cũng xác nhận sự hình thành hydro (0,57 µmol) và metan (1,12 µmol) sau 5 giờ chiếu sáng trong điều kiện có chất hy sinh (sacrificial agent).
Ý nghĩa, triển vọng và thách thức
Nghiên cứu là bước đầu tiên chứng minh khả năng tích hợp đồng thời hai chức năng tạo điện và sản xuất hydro trên cùng một thiết bị màng mỏng, sử dụng vật liệu carbon thân thiện với môi trường, mở ra triển vọng cho các ứng dụng năng lượng phân tán, thân thiện với môi trường trên các mặt nước như sông, hồ.
Tuy nhiên, ở giai đoạn hiện tại, thiết bị vẫn cần ánh sáng UV mạnh và chất hy sinh để vận hành, đồng thời vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm khái niệm. Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến, đánh giá hiệu suất dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên và độ bền lâu dài. Họ cũng hướng tới khả năng sử dụng các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải thay thế chất hy sinh, từ đó kết hợp xử lý nước và thu hồi năng lượng.
