Đột phá trong nghiên cứu mở đường cho sản xuất hydro nhanh hơn và rẻ hơn
Ảnh stock.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Tokyo (TUS) đã phát triển một chất xúc tác nanosheet dựa trên paladi mà họ tuyên bố có thể sản xuất hydro với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với công nghệ dựa trên platinum hiện có.
Chất xúc tác tiến hóa hydro mới ― được gọi là bis(diimino)palladium coordinate nanosheets (PdDI) ― là một phần của nghiên cứu mang tính đột phá được công bố vào ngày 28 tháng 11 năm 2024 và được cung cấp trực tuyến vào ngày 27 tháng 1 năm 2025, trong Tập 31, Số 6 của Tạp chí Hóa học – Một tạp chí Châu Âu.
Nghiên cứu do Tiến sĩ Hiroaki Maeda và Giáo sư Hiroshi Nishihara từ TUS dẫn đầu, hợp tác với các nhà nghiên cứu nổi tiếng khác từ Nhật Bản.
Phát hiện này đánh dấu bước đột phá trong công nghệ phản ứng tiến hóa hydro (HER), liên quan đến quá trình phân tách nước bằng điện phân để tạo ra hydro. Các điện cực xúc tác HER, theo truyền thống được làm bằng bạch kim, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi hydro mới sinh ([H]) ― được tạo ra ở bề mặt điện cực trong quá trình phân tách nước ― thành khí hydro (H₂).
Mặc dù bạch kim là chất xúc tác HER có hiệu quả cao, nhưng tình trạng khan hiếm và chi phí cao của nó làm tăng đáng kể chi phí sản xuất, hạn chế ứng dụng quy mô lớn của nó.
Với suy nghĩ đó, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một giải pháp thay thế hiệu quả hơn, sử dụng quy trình tổng hợp đơn giản để chế tạo các tấm nano dựa trên paladi được thiết kế để tối đa hóa hoạt động xúc tác trong khi giảm thiểu việc sử dụng kim loại, điều này có thể giảm đáng kể chi phí liên quan đến sản xuất H₂.
“Phát triển các chất xúc tác điện HER hiệu quả là chìa khóa để sản xuất H₂ bền vững. Các tấm nano phối hợp kim loại bis(diimino) với độ dẫn điện cao, diện tích bề mặt lớn và khả năng truyền electron hiệu quả là những ứng cử viên đầy hứa hẹn”, Tiến sĩ Maeda cho biết trong một tuyên bố với giới truyền thông. “Ngoài ra, sự sắp xếp kim loại thưa thớt của chúng giúp giảm lượng vật liệu sử dụng. Ở đây, chúng tôi đã phát triển thành công các tấm nano này bằng kim loại paladi”.
Một trong những khía cạnh quan trọng của bất kỳ chất xúc tác nào là tính ổn định lâu dài của nó. Theo Tiến sĩ Maeda, các tấm nano PdDI đã chứng minh được độ bền tuyệt vời, vẫn nguyên vẹn sau 12 giờ trong điều kiện axit, xác nhận tính phù hợp của chúng đối với các hệ thống sản xuất hydro trong thế giới thực.
"Nghiên cứu của chúng tôi đưa chúng tôi tiến thêm một bước nữa đến mục tiêu sản xuất H₂ giá cả phải chăng và bền vững hơn, một bước quan trọng để đạt được tương lai năng lượng sạch", ông cho biết.
Nhóm nghiên cứu tin rằng ý nghĩa của nghiên cứu này vượt ra ngoài các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Khả năng mở rộng, hoạt động được tăng cường và hiệu quả về chi phí của các tấm nano PdDI "khiến chúng trở nên cực kỳ hấp dẫn đối với sản xuất hydro công nghiệp, pin nhiên liệu hydro và các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn".
Ngoài ra, nghiên cứu chỉ ra rằng việc thay thế chất xúc tác gốc bạch kim bằng PdDI có thể làm giảm lượng khí thải liên quan đến khai thác, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế hydro bền vững. Nghiên cứu cũng lưu ý rằng mật độ của các nguyên tử paladi ít hơn 10 lần so với các nguyên tử bạch kim, giúp sản xuất điện cực hiệu quả về mặt chi phí.
Khi nghiên cứu tiến triển, nhóm nghiên cứu tại TUS đặt mục tiêu tối ưu hóa hơn nữa các tấm nano PdDI để thương mại hóa, góp phần vào sự phát triển của một xã hội hydro thân thiện với môi trường.
