Quang xúc tác: sản xuất hydro “xanh” bằng cách quang phân nước mà không gây ô nhiễm
Ngày 13 tháng 6 năm 2025
KẾT QUẢ KHOA HỌC
Các nhà khoa học đã phát triển các hạt nano xúc tác cải tiến có khả năng sản xuất hydro, nhiên liệu cho pin nhiên liệu, hiệu quả hơn từ ánh sáng và nước. Nhờ kiến trúc bất đối xứng lấy cảm hứng từ thần Janus, các hạt này khai thác một phương pháp mới để quang xúc tác, mở đường cho các công nghệ năng lượng sạch hơn và hiệu quả hơn.
Để giải quyết những thách thức liên quan đến sự biến mất dần dần của các nguồn tài nguyên hóa thạch, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc sản xuất năng lượng tái tạo. Ví dụ, việc sử dụng năng lượng mặt trời là một hướng đi đầy hứa hẹn đòi hỏi phải kết hợp năng lượng này với việc lưu trữ dưới dạng các sản phẩm hóa học dễ cháy. Trong bối cảnh này, hydro (H 2 ) rất được các nhà hóa học quan tâm. Là một nhiên liệu sạch, nó có thể được sử dụng để tạo ra điện trong các pin nhiên liệu trong khi chỉ giải phóng nước trong quá trình đốt cháy.
Các nhà khoa học từ Viện Khoa học Phân tử (CNRS/Đại học Bordeaux/Bordeaux INP) và Phòng thí nghiệm Tích hợp Vật liệu vào Hệ thống (CNRS/Đại học Bordeaux/Bordeaux INP) đã phát triển các hạt nano xúc tác sử dụng ánh sáng để tạo ra hydro "xanh" thông qua quá trình quang phân nước, mà không gây ô nhiễm. Sử dụng phương pháp tiếp cận ban đầu, họ có thể lắng đọng chất xúc tác chỉ trên một trong hai mặt của chất bán dẫn hữu cơ. Họ phát hiện ra rằng các hạt nano không đối xứng được hình thành như vậy tạo ra nhiều H 2 hơn khi được chiếu sáng so với khi chúng được chất xúc tác bao phủ ngẫu nhiên.
Họ chỉ ra rằng sự bất đối xứng này liên quan đến sự hiện diện của hai mặt riêng biệt (có hoặc không có chất xúc tác), mang lại cho các hạt nano xúc tác đặc tính hai chức năng, làm tăng hiệu quả sản xuất hydro lên tới 500%.
Việc lắng đọng chất xúc tác trên các hạt nano bán dẫn này dựa trên một khái niệm cụ thể gọi là điện hóa lưỡng cực. Bằng cách áp dụng một trường điện giữa hai điện cực trong dung dịch và dưới sự chiếu xạ ánh sáng, chúng trở nên phân cực và có điện tích trái dấu ở hai đầu. Điều này tạo ra cái gọi là các hạt "Janus", ám chỉ đến vị thần La Mã hai mặt. Sau đó, chúng có thể trải qua các phản ứng oxy hóa khử khác nhau ở mỗi đầu, một trong số đó sẽ ưu tiên cố định chất xúc tác. Sau khi được phân tán lại trong nước, sẵn sàng để sử dụng, chúng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro với hiệu suất cao hơn nhiều so với các hạt tương tự không có đặc điểm "Janus" này.
Những kết quả này, được công bố trên tạp chí Chemical Science, lần đầu tiên cho thấy rằng sự phá vỡ đối xứng trong cấu trúc hạt có thể làm tăng đáng kể hiệu quả xúc tác của chúng đối với quá trình chuyển đổi ánh sáng/hydro. Một khái niệm mới có thể được áp dụng không chỉ cho quá trình quang sinh H 2 mà còn có thể được điều chỉnh cho nhiều quá trình (quang) xúc tác khác như quá trình khử CO 2 .
Biên tập viên CCdM
