Đột phá xúc tác iridium siêu nhỏ giúp giảm chi phí sản xuất hydro xanh

Ngày 26 tháng 6 năm 2026 | Annie Nguyễn

Một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Adelaide (Úc) vừa phát triển thành công loại xúc tác iridium siêu nhỏ có hiệu suất cao, mở ra bước tiến quan trọng hướng tới sản xuất hydro xanh với chi phí thấp hơn và hiệu quả hơn.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Adelaide, Đại học Tohoku (Nhật Bản), Đại học Khoa học Tokyo (Nhật Bản) và Đại học Vanderbilt (Mỹ). Họ đã phát triển thành công các hạt xúc tác iridium siêu nhỏ với kích thước chỉ 15 nguyên tử iridium. Loại xúc tác này có hoạt tính khối lượng vượt trội gấp 1,5 lần so với các loại xúc tác iridium thương mại hiện có, đồng thời thể hiện độ bền ấn tượng.

Hydro xanh được sản xuất bằng cách tách nước thành hydro và oxy sử dụng điện tái tạo. Một trong những thách thức lớn nhất của quá trình này là phản ứng giải phóng oxy (OER – Oxygen Evolution Reaction), diễn ra trong môi trường có tính axit cao và ăn mòn mạnh. Iridium đã được chứng minh là một trong số ít chất xúc tác có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt đó, nhưng do chi phí cao và nguồn cung hạn chế, các nhà khoa học đã tìm cách giảm lượng kim loại quý hiếm này sử dụng trong khi tối đa hóa hoạt tính phản ứng của nó.

Để giảm thiểu lượng iridium sử dụng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các cụm nano kim loại có độ chính xác ở cấp độ nguyên tử. Tuy nhiên, nhược điểm của việc thu nhỏ các hạt kim loại xuống kích thước 1 nanomet là iridium dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí, khiến chúng trở nên không ổn định. Để khắc phục tình trạng này, nhóm nghiên cứu đã phát triển phương pháp khử polyol sử dụng ethylene glycol và quy trình trao đổi phối tử để bảo vệ các nguyên tử iridium. Bằng cách bao bọc lõi các nguyên tử iridium bằng các phân tử carbon monoxide và triphenylphosphine, họ đã thu được các cụm nano iridium 15 nguyên tử có độ ổn định cao, chống oxy hóa tốt ngay cả khi được tổng hợp hoàn toàn trong môi trường không khí.

Các nhà nghiên cứu sau đó đã gắn các cụm nano này lên giá đỡ carbon black để tạo ra chất xúc tác rắn với kích thước hạt trung bình 0,9 nm. Thử nghiệm cho thấy vật liệu mới có hoạt tính khối lượng gấp khoảng 1,5 lần so với chất xúc tác iridium thương mại thông thường. Xúc tác này cũng thể hiện độ bền vượt trội, hoạt động liên tục trong hơn 20 giờ mà không bị suy giảm hiệu suất đáng kể.

Phân tích sâu hơn cho thấy việc siêu thu nhỏ các hạt iridium đã làm thay đổi tính chất điện tử của chúng, khiến các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả hơn. Đại diện Đại học Tohoku, ông Yuichi Negishi, cho biết đột phá này có thể dẫn đến cải thiện sản xuất hydro xanh: "Chúng tôi kỳ vọng những phát hiện này sẽ đánh dấu một cột mốc mới trong nghiên cứu cụm nano kim loại và hydro xanh, vì nó có thể giúp chúng tôi tạo ra các cụm nano kim loại hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí nhằm giải quyết các thách thức cấp bách về năng lượng và môi trường toàn cầu".