Kỹ thuật mang tính cách mạng để tạo ra hydro hiệu quả hơn từ nước
bởi Đại học Quốc gia Singapore
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore bao gồm Phó Giáo sư Xue Jun Min (giữa), Tiến sĩ Vincent Lee Wee Siang (trái) và Ông Zhong Haoyin (trái), đã phát hiện ra rằng ánh sáng có thể kích hoạt một cơ chế điện phân mới của quá trình điện phân. . Khám phá đột phá này có thể cải thiện khả năng chi trả của hydro như một nguồn năng lượng sạch. Nhà cung cấp: Đại học Quốc gia Singapore
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã thực hiện một khám phá khoa học tình cờ có khả năng cách mạng hóa cách thức phân hủy nước để giải phóng khí hydro - một nguyên tố quan trọng đối với nhiều quy trình công nghiệp.
Nhóm nghiên cứu, do Phó Giáo sư Xue Jun Min, Tiến sĩ Wang Xiaopeng và Tiến sĩ Vincent Lee Wee Siang từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Trường Cao đẳng Thiết kế và Kỹ thuật NUS (NUS CDE), đã phát hiện ra rằng ánh sáng có thể kích hoạt một cơ chế trong vật liệu xúc tác được sử dụng nhiều trong quá trình điện phân nước, nơi nước bị phân hủy thành hydro và oxy. Kết quả là một phương pháp thu được hydro tiết kiệm năng lượng hơn.
Bước đột phá này đạt được với sự hợp tác của Tiến sĩ Xi Shibo từ Viện Bền vững về Hóa chất, Năng lượng và Môi trường thuộc Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu (A * STAR); Tiến sĩ Yu Zhigen từ Viện Máy tính Hiệu suất cao thuộc A * STAR; và Tiến sĩ Wang Hao từ Khoa Cơ khí thuộc NUS CDE.
"Chúng tôi phát hiện ra rằng trung tâm oxy hóa khử cho phản ứng điện xúc tác được chuyển đổi giữa kim loại và oxy, được kích hoạt bởi ánh sáng", PGS. Giáo sư Xue. "Điều này phần lớn cải thiện hiệu quả điện phân nước."
Phát hiện mới có thể mở ra các phương pháp công nghiệp mới và hiệu quả hơn trong việc sản xuất hydro và đưa nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường này đến với nhiều người và nhiều ngành công nghiệp hơn.
PGS. Giáo sư Xue và nhóm của ông đã trình bày chi tiết về khám phá của họ trong một bài báo nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature vào ngày 26 tháng 10 năm 2022.
Sự đột phá tình cờ
Trong trường hợp bình thường, PGS. Giáo sư Xue và nhóm của ông có thể đã không có được một khám phá đột phá như vậy. Nhưng một chuyến phát điện tình cờ của đèn trần trong phòng thí nghiệm của ông gần ba năm trước đã cho phép họ quan sát được điều mà cộng đồng khoa học toàn cầu vẫn chưa làm được.
Hồi đó, đèn trần ở PGS. Phòng nghiên cứu của Giáo sư Xue thường được bật trong 24 giờ. Một đêm năm 2019, đèn tắt do mất điện. Khi các nhà nghiên cứu quay lại vào ngày hôm sau, họ nhận thấy rằng hiệu suất của vật liệu dựa trên niken oxyhydroxit trong thí nghiệm điện phân nước, vốn tiếp tục trong bóng tối, đã giảm mạnh.
"Sự sụt giảm hiệu suất này, trước đây chưa ai nhận ra, vì chưa ai từng làm thí nghiệm trong bóng tối", PGS. Giáo sư Xue. "Ngoài ra, tài liệu nói rằng một vật liệu như vậy không nên nhạy cảm với ánh sáng; ánh sáng không nên có bất kỳ ảnh hưởng nào đến các đặc tính của nó."
Cơ chế xúc tác điện trong quá trình điện phân nước là một chủ đề được nghiên cứu rất kỹ lưỡng, trong khi vật liệu gốc niken là vật liệu xúc tác rất phổ biến. Do đó, để khẳng định rằng họ đang trên đà phát hiện ra một điều gì đó mang tính đột phá, PGS. Giáo sư Xue và nhóm của ông đã bắt tay vào nhiều thí nghiệm lặp đi lặp lại. Họ đào sâu hơn về cơ học đằng sau một hiện tượng như vậy. Họ thậm chí còn lặp lại thí nghiệm bên ngoài Singapore để đảm bảo rằng những phát hiện của họ là nhất quán.
Ba năm trôi qua, PGS. Giáo sư Xue và nhóm của ông cuối cùng đã có thể chia sẻ công khai những phát hiện của họ trong một bài báo.
Bước tiếp theo
Với những phát hiện của mình, nhóm nghiên cứu hiện đang nghiên cứu thiết kế một phương pháp mới để cải thiện các quy trình công nghiệp để tạo ra hydro. PGS. Giáo sư Xue đang đề xuất làm cho các tế bào chứa nước trở nên trong suốt, để đưa ánh sáng vào quá trình tách nước.
"Việc này cần ít năng lượng hơn trong quá trình điện phân và việc sử dụng ánh sáng tự nhiên sẽ dễ dàng hơn nhiều", PGS. Giáo sư Xue. "Nhiều hydro hơn có thể được sản xuất trong một khoảng thời gian ngắn hơn, với ít năng lượng tiêu thụ hơn."
Các công ty thực phẩm sử dụng khí hydro để biến dầu và chất béo không bão hòa thành chất béo bão hòa, cung cấp cho chúng ta bơ thực vật và bơ. Hydro cũng được sử dụng để hàn các kim loại với nhau, vì nó có thể tạo ra nhiệt độ cao 4.000 độ C. Ngành công nghiệp dầu khí sử dụng khí để loại bỏ hàm lượng lưu huỳnh khỏi dầu.
Hơn nữa, hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Được quảng cáo từ lâu như một loại nhiên liệu bền vững, nhiên liệu hydro không tạo ra khí thải vì nó cháy khi phản ứng với oxy — không cần đánh lửa, làm cho nó trở thành một nguồn nhiên liệu xanh và sạch hơn. Nó cũng dễ bảo quản hơn, đáng tin cậy hơn so với pin sử dụng năng lượng mặt trời.
PGS. Giáo sư Xue rất vui vì những phát hiện từ nhóm các nhà nghiên cứu của ông có thể góp phần vào việc khám phá khoa học. Ông cho rằng cách để phát triển khoa học là
không phải để tiếp tục tìm ra những cách mới để làm những gì đã được làm, mà là không ngừng thúc đẩy các ranh giới.
"Chỉ có tích lũy kiến thức mới có thể cải thiện xã hội ngày càng tiến bộ", PGS. Giáo sư Xue.
