Một nhóm nghiên cứu từ Viện Vật liệu và Hệ thống Tương lai tại Đại học Nagoya ở Nhật Bản đã phát triển phương pháp 'một nồi' mới để tạo ra các tấm nano sử dụng ít kim loại hiếm hơn. Khám phá của họ sẽ cho phép quá trình sản xuất năng lượng trở nên thân thiện với môi trường hơn. Tạp chí ACS Nano đã công bố nghiên cứu này.
Phương pháp tấm nano 'một bình' thúc đẩy cuộc cách mạng năng lượng xanh Nguồn ảnh: Minoru Osada
Sản xuất năng lượng sạch rất quan trọng vì nó giúp giảm hiện tượng nóng lên toàn cầu và góp phần xây dựng một xã hội trung hòa carbon. Một nguồn năng lượng sạch tiềm năng sử dụng chất xúc tác hydro, chẳng hạn như palladium (Pd). Các ngành công nghiệp sử dụng Pd trong điện phân để tách nước thành hydro và oxy. Sau đó, hydro trong pin nhiên liệu được sử dụng để tạo ra điện. Sản phẩm phụ duy nhất là nước.
Pd thường được sử dụng ở dạng 'hạt nano' hình cầu để sử dụng làm chất xúc tác. Tuy nhiên, bề mặt phẳng hơn, mỏng hơn sẽ sử dụng ít kim loại quý hơn và tăng diện tích bề mặt sẵn có cho phản ứng.
Minoru Osada tại Đại học Nagoya và nhóm nghiên cứu của ông đã phát triển một phương pháp mới để tạo ra các tấm nano Pd. Họ đặt tên cho nó là 'phương pháp một bình' vì nó có thể được thực hiện trong một chai thủy tinh. Các tấm thu được rất mỏng (1~2 nm) đến mức chúng có thể được so sánh với kích thước của một phân tử đơn lẻ hoặc chuỗi DNA.
Theo Osada, "Phương pháp mới được phát triển của chúng tôi là một quy trình an toàn, đơn giản và tiết kiệm năng lượng. Tấm nano có thể được tổng hợp ở nhiệt độ thấp 75°C trong một giờ mà không cần bình phản ứng đặc biệt. Mặc dù phương pháp tổng hợp thông thường gặp khó khăn trong việc tổng hợp các tấm nano có độ dày và kích thước đồng đều thì phương pháp một bình của chúng tôi có thể dễ dàng thực hiện được điều này”.
Những tấm nano này mang lại những cải tiến lớn so với công nghệ hiện có. Osada cho biết: “Các tấm nano 2D của chúng tôi có diện tích bề mặt lớn hơn 2,8 lần so với các hạt nano hình cầu vì hình dạng giống như tấm của chúng”. “Chúng có hoạt tính xúc tác cao hơn gấp đôi so với thế hệ chất xúc tác tiến hóa hydro hiện tại trong các thử nghiệm hiệu suất.”
Vì phản ứng hydro rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp nên nghiên cứu này hứa hẹn sẽ có tác động mang tính biến đổi. Osada bày tỏ hy vọng rằng các tấm nano Pd mới sẽ không chỉ được sử dụng trong năng lượng tái tạo mà còn trong nhiều ngành công nghiệp.
“Cho đến nay, các hạt nano Pd đã được sử dụng rộng rãi làm chất xúc tác quan trọng cho các phản ứng hóa học khác nhau, từ lọc khí đến tổng hợp dược phẩm. Các tấm nano Pd có thể có khả năng thay thế các chất xúc tác Pd thông thường và cách mạng hóa các quá trình này”.
