MOF sử dụng ánh sáng để thu giữ và chuyển đổi CO₂ thành nhiên liệu
Ngày 9 tháng 7 năm 2026 | Annie Nguyễn
Các nhà khoa học vừa phát triển một loại khung hữu cơ kim loại (MOF) có khả năng sử dụng ánh sáng để thu giữ CO₂ từ khí thải nhà máy và chuyển đổi trực tiếp thành carbon monoxide (CO) – một tiền chất quan trọng cho nhiên liệu và hóa chất. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Chem (2026), mở ra hướng tiếp cận mới trong công nghệ thu giữ và sử dụng carbon.
Cơ chế hoạt động đặc biệt
MOF do nhóm nghiên cứu của Giáo sư Hai-Long Jiang (Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc), Tiến sĩ Yunyang Qian và Giáo sư Bin Liu (Đại học Thành phố Hồng Kông) phát triển được cấu tạo từ các cụm nguyên tử sắt, mangan và oxy liên kết với các phối tử hữu cơ. Không chỉ hấp phụ CO₂ thụ động như các MOF thông thường, vật liệu này còn sử dụng ánh sáng để kích hoạt quá trình thu giữ và chuyển hóa khí.
Cụ thể, ánh sáng chiếu vào sẽ đẩy electron đến các vị trí sắt, thúc đẩy quá trình CO₂ bị bắt giữ bởi cụm Fe₂MnO. Nguyên tử oxy trung tâm và vị trí sắt lân cận phối hợp chuyển đổi CO₂ thành chất trung gian giống carbonate, sau đó thành CO.
Hiệu suất và điều kiện phản ứng
Nhóm nghiên cứu phân tán MOF trong dung dịch acetonitrile chứa chất nhạy quang ruthenium, sau đó chiếu xạ hỗn hợp khí gồm 15% CO₂ và 85% nitơ (mô phỏng khí thải nhà máy) bằng ánh sáng khả kiến bước sóng trên 420 nm. Vật liệu đạt hiệu suất chuyển đổi CO₂ thành CO với độ chọn lọc lên đến 95%.
Thách thức và hướng phát triển
Mặc dù thể hiện tiềm năng, vật liệu này vẫn phụ thuộc vào ruthenium (một kim loại quý hiếm và đắt tiền) và dung môi hữu cơ. Tiến sĩ Julien Warnan, chuyên gia quang xúc tác tại Đại học Kỹ thuật Munich, nhận xét đây là một bước tiến khái niệm quan trọng nhưng còn nhiều rào cản. Giáo sư Phillip Milner từ Đại học Cornell chỉ ra thách thức lớn là khí thải thực tế chứa nhiều tạp chất như oxit nitơ, oxit lưu huỳnh và oxy, làm giảm mạnh hiệu suất chuyển đổi.
Nhóm nghiên cứu cho biết ưu tiên tiếp theo là cải thiện khả năng chịu tạp chất và thử nghiệm vật liệu với khí thải công nghiệp thực tế, đồng thời tìm cách thay thế ruthenium và nâng cao độ bền lâu dài.
Ý nghĩa với ngành công nghiệp carbon
Công trình này mở ra hướng thu giữ và chuyển đổi CO₂ trực tiếp từ các dòng khí thải loãng (như khí thải nhà máy điện), thay vì phải trải qua các bước trung gian tốn năng lượng. Theo Giáo sư Milner, khả năng xử lý dòng CO₂ ở nồng độ thấp là một lợi thế đáng chú ý, góp phần thúc đẩy lĩnh vực thu giu và sử dụng carbon (CCU).
