Nếu không được kiểm soát, sự ăn mòn có thể làm rỉ sét ô tô và đường ống, phá hủy các tòa nhà và cây cầu cũng như ăn mòn các di tích của chúng ta. Ăn mòn cũng có thể làm hỏng các thiết bị có thể là chìa khóa cho tương lai năng lượng sạch. Và giờ đây, các nhà nghiên cứu của Đại học Duke đã chụp được những bức ảnh cận cảnh về quá trình đó đang diễn ra.
Những người ủng hộ năng lượng hydro nói rằng nó có thể giúp chúng ta loại bỏ nhiên liệu hóa thạch, nhưng một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất nó có xu hướng bị hỏng. Nghiên cứu hình ảnh mới có thể giúp giải thích lý do và giúp kéo dài tuổi thọ của các thiết bị cần thiết để biến hydro thành màu xanh lá cây. Tín dụng: Justin Cook
Giáo sư hóa học và tác giả cấp cao Ivan Moreno-Hernandez cho biết: “Bằng cách nghiên cứu cách thức và lý do tại sao các thiết bị năng lượng tái tạo bị hỏng theo thời gian, chúng ta có thể kéo dài tuổi thọ của chúng”.
Trong phòng thí nghiệm của ông ở Duke có một phiên bản thu nhỏ của một thiết bị như vậy. Được gọi là máy điện phân, nó tách hydro ra khỏi nước, sử dụng điện để cung cấp năng lượng cho phản ứng.
Khi điện để tạo ra điện phân đến từ các nguồn tái tạo như gió hoặc mặt trời, thì khí hydro mà nó tạo ra được coi là nguồn nhiên liệu sạch đầy hứa hẹn vì nó không cần nhiên liệu hóa thạch để sản xuất và nó đốt cháy mà không tạo ra bất kỳ khí carbon dioxide làm nóng hành tinh nào .
Một số quốc gia có kế hoạch tăng quy mô sản xuất cái gọi là "hydro xanh" để giúp hạn chế sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như sản xuất thép và xi măng.
Nhưng trước khi hydro có thể trở thành xu hướng chủ đạo, cần phải vượt qua một số trở ngại lớn.
Một phần của vấn đề là máy điện phân cần có chất xúc tác kim loại hiếm để hoạt động và chúng dễ bị ăn mòn. Sau một năm hoạt động, chúng không còn giống như lúc ban đầu.
Trong một nghiên cứu được công bố ngày 10 tháng 4 trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, Moreno-Hernandez và bằng tiến sĩ của ông. sinh viên Avery Vigil đã sử dụng một kỹ thuật gọi là kính hiển vi điện tử truyền pha lỏng để nghiên cứu các phản ứng hóa học phức tạp diễn ra giữa các chất xúc tác này và môi trường khiến chúng phân hủy.
Bạn có thể nhớ hồi còn học trung học rằng để tạo ra khí hydro, một máy điện phân sẽ tách nước thành các phân tử hydro và oxy cấu thành nên nó. Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm nghiên cứu tập trung vào chất xúc tác gọi là ruthenium dioxide giúp tăng tốc độ một nửa oxy của phản ứng vì đó là điểm nghẽn trong quá trình này.
Vigil cho biết: “Về cơ bản, chúng tôi đã đưa những vật liệu này qua một bài kiểm tra căng thẳng.
Họ bắn phá các tinh thể nano ruthenium dioxide bằng bức xạ năng lượng cao, sau đó theo dõi những thay đổi do môi trường axit bên trong tế bào gây ra.
Để chụp ảnh những vật thể nhỏ bé như vậy, họ đã sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua, bắn một chùm electron xuyên qua các tinh thể nano lơ lửng bên trong một túi chất lỏng siêu mỏng để tạo ra các hình ảnh tua nhanh thời gian về hóa học diễn ra ở tốc độ 10 khung hình mỗi giây.
Kết quả: những bức ảnh cận cảnh có kích thước bằng virus, mịn hơn sợi tóc người hàng nghìn lần, khi chúng bị oxy hóa và hòa tan vào chất lỏng có tính axit xung quanh.
Moreno-Hernandez cho biết: “Chúng tôi thực sự có thể thấy quá trình phân hủy chất xúc tác này với độ phân giải ở cấp độ nano”.
Vigil cho biết, trong vòng 5 phút, các tinh thể bị phân hủy đủ nhanh để “khiến một thiết bị thực sự trở nên vô dụng chỉ trong vài giờ”.
Phóng to hàng trăm nghìn lần, các video cho thấy những khiếm khuyết tinh vi trong hình dạng 3D của tinh thể tạo ra các vùng bị biến dạng, khiến một số bị hỏng nhanh hơn những vùng khác.
Bằng cách giảm thiểu những điểm không hoàn hảo như vậy, các nhà nghiên cứu cho biết một ngày nào đó có thể thiết kế các thiết bị năng lượng tái tạo có tuổi thọ cao gấp hai đến ba lần so với hiện tại.
Moreno-Hernandez cho biết: "Vì vậy, thay vì hoạt động ổn định trong hai năm, một máy điện phân có thể hoạt động được sáu năm. Điều đó có thể có tác động lớn đến các công nghệ tái tạo".
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
