KIST phát triển công nghệ sản xuất hydrogen peroxide bằng ánh sáng với hiệu suất 219%, vượt giới hạn truyền thống
Ngày 9 tháng 9, 2026
Annie Nguyễn
SEOUL, Hàn Quốc – Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) đã công bố phát triển thành công công nghệ sử dụng ánh sáng để sản xuất hydrogen peroxide (H₂O₂) với hiệu suất vượt trội, đạt 219,1% – lần đầu tiên vượt qua giới hạn hiệu suất quang hóa truyền thống. Thành tựu này mở ra tiềm năng sản xuất hydrogen peroxide tại chỗ, ứng dụng trong xử lý nước và nhiều lĩnh vực khác.
Cơ chế "phản ứng domino" vượt giới hạn 100%
Trong các phương pháp quang xúc tác truyền thống, mỗi photon ánh sáng chỉ kích hoạt một phản ứng duy nhất, giới hạn hiệu suất tối đa ở mức 100%. Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Byun Jihye và Jung Jaesik dẫn đầu đã vượt qua giới hạn này bằng cách tận dụng "phản ứng dây chuyền" (chain reaction).
Khi một photon kích hoạt phản ứng đầu tiên, phân tử tạo thành sẽ tiếp tục kích hoạt phản ứng tiếp theo, tạo ra hiệu ứng domino và cuối cùng tạo ra nhiều phân tử hydrogen peroxide từ một photon duy nhất. Kết quả là hiệu suất sử dụng photon đạt 219,1%, nghĩa là trung bình hơn hai phân tử hydrogen peroxide được tạo ra từ mỗi photon.
Tối ưu hóa bằng AI và quy mô phòng thí nghiệm
Để tìm ra sự kết hợp tối ưu giữa vật liệu hấp thụ ánh sáng, chất cho hydro và dung môi phản ứng, nhóm nghiên cứu đã thực hiện 5.888 thí nghiệm với 184 tổ hợp khác nhau, sau đó sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để xác định điều kiện phản ứng lý tưởng.
Thành công không chỉ dừng lại ở thông số ấn tượng. Nhóm nghiên cứu đã sản xuất ổn định hydrogen peroxide nồng độ 1% – mức sử dụng trong công nghiệp – với thiết bị phản ứng quy mô 1 lít. Khi thử nghiệm trong xử lý nước, hơn 99,95% chất gây rối loạn nội tiết bisphenol A đã bị loại bỏ.
Tiêu thụ năng lượng cực thấp
Điểm đáng chú ý khác là mức năng lượng cần thiết. Trong khi các nghiên cứu quang xúc tác truyền thống sử dụng nguồn sáng công suất khoảng 300W, công nghệ mới chỉ hoạt động ở mức 4–8W – tương đương với bộ sạc điện thoại thông minh.
Ứng dụng thực tế và triển vọng
Nếu công nghệ được thương mại hóa, việc sản xuất phân tán hydrogen peroxide tại chỗ – như tại các nhà máy xử lý nước, trung tâm xử lý nước thải, trang trại thông minh, và các khu công nghiệp tiên tiến – sẽ trở nên khả thi. Điều này có thể giảm đáng kể chi phí và rủi ro trong vận chuyển và lưu trữ hydrogen peroxide nồng độ cao được sản xuất tại các nhà máy tập trung.
Tiến sĩ Byun Jihye nhấn mạnh: "Bằng cách cho phép một phản ứng được kích hoạt bởi ánh sáng tiếp tục theo chuỗi, chúng tôi đã vượt qua các giới hạn hiệu suất truyền thống của sản xuất hydrogen peroxide quang hóa. Công nghệ này có thể được phát triển thêm để tạo ra hydrogen peroxide tại chỗ bất cứ nơi nào cần – tại các nhà máy lọc nước, trung tâm xử lý nước thải, trang trại thông minh, các khu công nghiệp tiên tiến và trong xử lý nước khẩn cấp khi xảy ra thảm họa."
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí quốc tế Joule.
Giải thích biểu đồ
Đây là sơ đồ quy trình nghiên cứu và phát triển phản ứng hóa học kết hợp thí nghiệm tốc độ cao (high-throughput) với trí tuệ nhân tạo (AI), ứng dụng trong xử lý nước (ví dụ loại bỏ BPA – Bisphenol A).
Các bước chính:
Phần trên (Quy trình thí nghiệm & AI):
- Phản ứng phân tử chọn lọc (반응 분자 선정)
Lựa chọn các phân tử phản ứng: nhóm 1A–5A (màu đỏ), 1C–18C (màu xanh lá), 1B–25B (màu xanh dương). - Thí nghiệm tổ hợp xác định (실험 조합 확보)
Tạo ra các tổ hợp phản ứng A + B + C từ các phân tử đã chọn. - Thí nghiệm siêu tốc độ lớn (초고속 대량 실험)
Thực hiện hàng loạt thí nghiệm tốc độ cao trên đĩa multi-well bằng pipet tự động. - 5.888 dữ liệu thí nghiệm (5,888 실험데이터)
Thu thập được 5.888 bộ dữ liệu thí nghiệm. - Trí tuệ nhân tạo tính toán (인공지능연산 – ML)
Sử dụng Machine Learning để phân tích dữ liệu. - Tối ưu tổ hợp dẫn xuất (최적조합도출)
AI đề xuất tổ hợp phản ứng tối ưu.
Phần dưới (Ứng dụng & đánh giá):
- Ứng dụng xử lý nước (수처리 활용)
Áp dụng phản ứng tối ưu để xử lý nước thải chứa BPA (với sự tham gia của OH⁻). - Đánh giá công nghệ – môi trường – kinh tế (기술 환경 경제성 평가)
Đánh giá toàn diện về mặt kỹ thuật, tác động môi trường và hiệu quả kinh tế. - Thí nghiệm phản ứng lít (리터급 반응 시연)
Mở rộng quy mô lên mức lít (liter-scale) để chứng minh tính khả thi.
#KIST #HydrogenPeroxide #Photocatalysis #ChainReaction #AI #WaterTreatment #GreenTechnology #Joule #H2O2
