Sản xuất hydro từ nước biển
bởi Colleen MacPherson, Nguồn sáng Canada
Ảnh: ACS Nano (2022). DOI: 10.1021 / acsnano.2c03877
Trong nghiên cứu của mình về kỹ thuật mô xương, Tiến sĩ Marta Cerruti đã làm việc trong nhiều năm với graphene, một tấm nguyên tử carbon với các đặc tính đáng kinh ngạc - dẫn điện và khả năng chịu được trọng lượng cực lớn. Giờ đây, nỗ lực cải thiện chất lượng của nó đã mở ra cánh cửa dẫn đến một giải pháp khả thi cho một trong những thách thức của việc sản xuất hydro từ nước biển.
Cerruti, giáo sư kỹ thuật vật liệu tại Đại học McGill, giải thích rằng mặc dù graphene có cấu trúc tốt, nhưng "một tấm nguyên tử không phải là thứ bạn có thể dễ dàng làm việc." Trên thực tế, về cơ bản, việc chồng các tờ giấy lên nhau sẽ tạo ra bút chì.
Đang tìm kiếm một cách để tạo ra một cấu trúc dễ xử lý, Tiến sĩ của Cerruti. sinh viên Yiwen Chen đã kết hợp graphene với oxy ở dạng huyền phù với nước để tạo ra graphene oxide (GO) khử, một giàn giáo xốp, ba chiều, dẫn điện. Cerruti đề xuất một sửa đổi bổ sung, với các mảnh GO xếp chồng lên thành lỗ rỗng, "cho phép chúng tôi khai thác một đặc tính thú vị khác của GO - nó tạo ra một màng cho phép nước đi qua mà không cho các phân tử khác."
Khi cô ấy hỏi ý kiến nhóm của mình về cách tốt nhất để kiểm tra giàn giáo mới, Gabriele Capilli, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của cô ấy, đã đề xuất phương pháp điện phân nước biển, một quy trình tương tự như những quy trình khác mà anh ấy đã làm khi đang làm bằng Tiến sĩ. Hóa ra "giàn giáo chọn lọc" GO mới có tiềm năng cải thiện quá trình sản xuất hydro từ đại dương. Phát hiện của nhóm nghiên cứu đã được công bố gần đây trên tạp chí ACS Nano.
Trong quá trình điện phân thông thường, các ion clorua trong nước biển thâm nhập vào điện cực và tương tác với chất xúc tác, tạo ra các ion hypoclorit, một sản phẩm phụ không mong muốn gây ngộ độc chất xúc tác, Cerruti giải thích. Sử dụng hình ảnh tương phản pha tia X tại Nguồn sáng Canada tại Đại học Saskatchewan, Chen xác nhận giàn đèn GO có cấu trúc phù hợp, với các lỗ GO khép kín bao quanh các hạt nano oxit coban làm chất xúc tác. "Chúng tôi đã thấy những gì chúng tôi muốn xem." Các thử nghiệm điện hóa được thực hiện trong phòng thí nghiệm của cộng tác viên Thomas Szkopek (kỹ sư điện, McGill) xác nhận giàn giáo hoạt động như mong đợi để chặn các ion không mong muốn.
"Mọi người đã thử nhiều cách khác nhau để ngăn chặn clorua nhưng không ai nghĩ đến ý tưởng rằng bằng cách sử dụng GO, bản thân điện cực, toàn bộ cấu trúc của nó, có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa clorua tạo ra hypoclorit."
Cô cho biết, thử thách tiếp theo sẽ là mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt màng GO. Nhưng khi điều đó được giải quyết, "có rất nhiều khả năng. Điều này có thể được sử dụng cho các phản ứng khác mà bạn không muốn bị can thiệp từ các phân tử nhất định. Tất cả sẽ phụ thuộc vào trí tưởng tượng của bạn."
