Nghiên cứu của Đại học bang Oregon khám phá ra cách tốt hơn để sản xuất hydro xanh.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Oregon đã phát triển một loại vật liệu có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời và nước thành năng lượng sạch một cách đáng chú ý.
Một sự hợp tác do Kyriakos Stylianou của Trường Khoa học OSU dẫn đầu đã tạo ra một chất xúc tác quang cho phép sản xuất hydro với tốc độ cao và hiệu suất cao, được sử dụng trong pin nhiên liệu cho ô tô cũng như trong sản xuất nhiều loại hóa chất bao gồm amoniac, trong quá trình tinh chế kim loại và sản xuất nhựa.
Stylianou, người có nghiên cứu tập trung vào các vật liệu dạng tinh thể, xốp được gọi là khung hữu cơ kim loại, thường viết tắt là MOF, cho biết những phát hiện này đại diện cho một công cụ mới tiềm năng để chống lại khí thải nhà kính và biến đổi khí hậu.
Được tạo thành từ các ion kim loại tích điện dương được bao quanh bởi các phân tử "liên kết" hữu cơ, MOF có các lỗ chân lông kích thước nano và các đặc tính cấu trúc có thể điều chỉnh. Chúng có thể được thiết kế với nhiều thành phần khác nhau quyết định các đặc tính của MOF.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng MOF để tạo ra dị hợp tử oxit kim loại – sự kết hợp của hai vật liệu có tính chất bổ sung – nhằm tạo ra chất xúc tác có khả năng phân tách nước thành hydro nhanh chóng và hiệu quả khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
Dị hợp, mà họ gọi là RTTA, có oxit ruthenium và oxit titan có nguồn gốc từ MOF được pha tạp lưu huỳnh và nitơ. Họ đã thử nghiệm nhiều RTTA với các lượng oxit khác nhau và tìm ra người chiến thắng rõ ràng.
Stylianou nói :
Trong số các vật liệu RTTA khác nhau, RTTA-1, có hàm lượng rutheni oxit thấp nhất, cho thấy tốc độ sản xuất hydro nhanh nhất và năng suất lượng tử cao.
Chỉ trong một giờ, ông lưu ý, một gam RTTA-1 có thể sản xuất hơn 10.700 micromole hydro. Quá trình này sử dụng photon—các hạt ánh sáng—với tỷ lệ ấn tượng là 10%, nghĩa là cứ 100 photon va chạm với RTTA-1, thì có 10 photon góp phần sản xuất hydro.
Stylianou nói :
“Hoạt động đáng chú ý của RTTA-1 là do hiệu ứng hiệp đồng của các đặc tính oxit kim loại và đặc tính bề mặt từ MOF gốc giúp tăng cường quá trình truyền electron,”
“Nghiên cứu này làm nổi bật tiềm năng của dị hợp tử oxit kim loại có nguồn gốc từ MOF như chất xúc tác quang để sản xuất hydro thực tế, góp phần vào sự phát triển của các giải pháp năng lượng bền vững và hiệu quả.”
Sản xuất hydro bằng cách phân tách nước thông qua một quá trình xúc tác sạch hơn so với phương pháp thông thường là lấy hydro từ khí tự nhiên thông qua một quá trình sản xuất carbon dioxide được gọi là quá trình cải cách hơi nước mêtan.
Các quy trình xúc tác hiện tại để sản xuất hydro từ nước liên quan đến điện xúc tác – chạy điện qua chất xúc tác. Tính bền vững của điện xúc tác phụ thuộc vào việc sử dụng năng lượng tái tạo và để có khả năng cạnh tranh trên thị trường, năng lượng phải không đắt.
Hiện nay, quá trình cải cách hơi nước bằng mêtan sản xuất ra hydro với chi phí khoảng 1,50 đô la một kg, so với khoảng 5 đô la một kg đối với hydro xanh.
Stylianou nói :
“Nước là nguồn cung cấp hydro dồi dào và quang xúc tác cung cấp một phương pháp khai thác năng lượng mặt trời dồi dào của Trái Đất để sản xuất hydro,”
“Ruthenium oxide không hề rẻ nhưng lượng sử dụng trong chất xúc tác quang của chúng tôi là tối thiểu. Đối với các ứng dụng công nghiệp, nếu chất xúc tác cho thấy độ ổn định và khả năng tái tạo tốt, chi phí cho lượng nhỏ ruthenium oxide này trở nên ít quan trọng hơn.”
Khoa Khoa học, Khoa Hóa học của trường và các giáo viên trường công đã nghỉ hưu, cũng là cựu sinh viên OSU là Brian và Marilyn Kleiner đã tài trợ cho nghiên cứu này, được công bố trên Angewandte Chemie.
Dự án được dẫn dắt bởi các sinh viên sau đại học Emmanuel Musa, Ankit Yadav và Kyle Smith, và có sự hợp tác với Xiulei “David” Ji, giáo sư hóa học tại OSU; Peter Eschbach, giám đốc Cơ sở kính hiển vi điện tử tại Trung tâm khoa học Linus Pauling của Đại học bang Oregon; nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Min Soo Jung; và giảng viên danh dự William Stickle.
Nghiên cứu của Đại học bang Oregon khám phá ra cách tốt hơn để sản xuất hydro xanh.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
