Phân tích tia X thời gian thực cho thấy các chấm lượng tử thân thiện với môi trường thúc đẩy sản xuất hydro quang điện như thế nào
của Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk
Tổng hợp CIS QDs. A) Minh họa sơ đồ mô tả hai tuyến tổng hợp riêng biệt của CIS QDs. Lưu ý rằng các minh họa nên được hiểu là biểu diễn khái niệm của các loài phân tử, không phải là mô tả chính xác về hình học cấu trúc cụ thể (ví dụ: độ dài liên kết, góc giữa các nguyên tử và bán kính ion). B) Phổ hấp thụ của hai loại CIS QDs. Ảnh TEM của CIS QDs được tổng hợp bằng cách sử dụng phức hợp C) In(Ac)3–OAm và D) InI3–OAm. Mỗi phần chèn hiển thị ảnh TEM có độ phân giải cao. Nguồn: Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202500829
Một nhóm nghiên cứu đã xác định được nguyên lý tổng hợp của các chấm lượng tử ba thành phần thân thiện với môi trường, vô hại đối với cơ thể con người. Sử dụng công nghệ này, họ đã phát triển một công nghệ sản xuất hydro dựa trên quang điện hiệu suất cao.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Science. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yang Ji-woong và In Su-il thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Năng lượng tại DGIST dẫn đầu, thông qua nghiên cứu chung với Tiến sĩ Ahn Hyung-joo thuộc Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Pohang.
Nhóm nghiên cứu là nhóm đầu tiên trên thế giới xác định được cơ chế tổng hợp đồng indium sulfide (CuInS₂), một vật liệu bán dẫn ba thành phần không chứa kim loại nặng. Bằng cách kiểm soát chính xác cơ chế này, họ cũng đã phát triển một thiết bị quang điện hóa có khả năng sản xuất hydro bằng ánh sáng mặt trời. Đáng chú ý, thiết bị dựa trên chấm lượng tử này đã thu hút sự chú ý đáng kể vì đạt được mức hoạt động sản xuất hydro cao nhất thế giới cho đến nay trong số các hệ thống chấm lượng tử thân thiện với môi trường.
Chấm lượng tử là các hạt bán dẫn cực nhỏ có kích thước vài nanomet. Chúng là vật liệu chính trong các công nghệ như màn hình, pin mặt trời, cảm biến quang và sản xuất hydro do khả năng hấp thụ và phát ra ánh sáng vượt trội của chúng. Tuy nhiên, các chấm lượng tử thông thường có một nhược điểm lớn: chúng thường chứa các kim loại nặng, chẳng hạn như cadmium và chì, có hại cho cả cơ thể con người và môi trường.
Các chấm lượng tử ba thành phần dựa trên CuInS₂ mà nhóm nghiên cứu tập trung vào, an toàn cho cả sức khỏe con người và môi trường vì chúng không chứa kim loại nặng. Tuy nhiên, quá trình tổng hợp của chúng khó kiểm soát do cấu trúc phức tạp, liên quan đến phản ứng đồng thời của ba nguyên tố. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật phân tích tiên tiến, bao gồm phân tích tán xạ tia X thời gian thực, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra cơ chế chính xác mà các chấm lượng tử được hình thành.
Dựa trên những phát hiện của mình, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp tổng hợp kiểm soát chính xác kích thước và cấu trúc của các chấm lượng tử. Họ cũng đã phát triển một thiết bị hiệu suất cao sử dụng ánh sáng mặt trời để tách hydro khỏi nước, sử dụng các chấm lượng tử này. Thiết bị này đang thu hút sự chú ý như một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho công nghệ năng lượng hydro trong tương lai.
"Đây là một thành tựu quan trọng chứng minh khả năng tổng hợp các chấm lượng tử thân thiện với môi trường với các đặc tính tuyệt vời dựa trên cơ chế tổng hợp của chúng", Giáo sư Yang cho biết. "Chúng tôi hy vọng công nghệ này sẽ được áp dụng trên nhiều thiết bị quang điện tử bán dẫn khác nhau, chẳng hạn như màn hình, cảm biến quang và pin mặt trời, cũng như trong các hệ thống sản xuất hydro trong tương lai".
Thông tin thêm: Hyo Cheol Lee và cộng sự, Tiết lộ các con đường hình thành của các chấm lượng tử CuInS2 Ternary I–III–VI và tác động của chúng đến quá trình tạo ra hydro quang điện hóa, Khoa học tiên tiến (2025). DOI: 10.1002/advs.202500829
Thông tin tạp chí: Khoa học tiên tiến
Được cung cấp bởi Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk
