Silicane dạng lớp: Vật mang hydro an toàn, nhẹ và hiệu quả
Ngày 21 tháng 1 năm 2026
Hydro được xem là một nguồn năng lượng sạch đầy tiềm năng, tuy nhiên việc lưu trữ và vận chuyển hydro an toàn, hiệu quả vẫn là một trong những thách thức lớn nhất hiện nay. Trong bối cảnh đó, silicane hydro dạng lớp (Layered Hydrogen Silicane – L-HSi) đã nổi lên như một vật mang hydro rắn đầy hứa hẹn, hội tụ các đặc tính an toàn, trọng lượng nhẹ và hiệu suất năng lượng cao, với tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong tương lai.
L-HSi có khả năng giải phóng hydro khi được chiếu bằng ánh sáng nhìn thấy cường độ thấp, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời hoặc đèn LED, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất môi trường. Phát hiện này mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới cho các hệ thống vật mang hydro.
Giải pháp mới cho bài toán lưu trữ hydro
Hydro không phát thải CO₂ khi đốt cháy hoặc oxy hóa và có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau. Tuy nhiên, nền kinh tế hydro chỉ có thể phát triển khi đi kèm với các giải pháp lưu trữ và vận chuyển đáng tin cậy.
Hiện nay, bình chứa hydro nén có mật độ hydro thấp và tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ, trong khi hydro hóa lỏng đòi hỏi nhiệt độ cực thấp và tiêu tốn nhiều năng lượng. Amoniac, dù có mật độ hydro cao, lại gặp hạn chế do quá trình tách hydro tiêu tốn nhiều năng lượng và các vấn đề về ăn mòn cũng như độc tính.
Các vật liệu mang hydro rắn được kỳ vọng sẽ khắc phục những nhược điểm này, nhưng phần lớn các hợp kim hiện có chứa kim loại nặng và có dung lượng hydro theo khối lượng thấp.
Phát hiện đột phá về silicane hydro dạng lớp
Một nhóm nghiên cứu gồm ông Hirona Ito và Giáo sư Masahiro Miyauchi (Viện Khoa học Tokyo), bà Mio Nakai và Giáo sư Hideyuki Nakano (Đại học Kindai), cùng Giáo sư Takahiro Kondo (Đại học Tsukuba) đã phát hiện ra L-HSi, một vật mang hydro rắn hoàn toàn mới. Kết quả nghiên cứu được công bố trực tuyến trên tạp chí Advanced Optical Materials vào ngày 29/12/2025.
L-HSi có cấu trúc gồm silicon và hydro theo tỷ lệ 1:1, đạt hàm lượng hydro theo khối lượng 3,44%, cao đối với một vật liệu rắn nhẹ. Không giống các hệ thống lưu trữ hydro truyền thống, L-HSi ổn định ở trạng thái rắn và có thể giải phóng hydro chỉ bằng cách chiếu ánh sáng nhìn thấy cường độ thấp.
Cơ chế giải phóng hydro bằng ánh sáng
Nhóm nghiên cứu tổng hợp L-HSi thông qua quá trình khử canxi từ CaSi₂ bằng phản ứng với HCl, sau đó thử nghiệm khả năng giải phóng hydro. Mẫu L-HSi được đặt trong môi trường khí argon, trong lò phản ứng dòng khí, và được chiếu bằng đèn xenon ở điều kiện môi trường.
L-HSi có độ rộng vùng cấm quang học 2,13 eV, tương ứng với bước sóng khoảng 600 nm, cho phép hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Khi chiếu sáng, nhóm nghiên cứu quan sát rõ ràng sự hình thành khí hydro.
Các thí nghiệm gia nhiệt trong điều kiện tối và phân tích quang phổ chi tiết cho thấy quá trình này không phải do hiệu ứng quang – nhiệt, mà xuất phát từ kích thích vùng cấm của vật liệu. Hydro chỉ được giải phóng khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn 600 nm, với hiệu suất lượng tử tối đa đạt 7,3% tại 550 nm.
Tiềm năng ứng dụng và hướng nghiên cứu tiếp theo
Trong các thí nghiệm chiếu sáng kéo dài, khi L-HSi được phân tán trong môi trường hữu cơ, khoảng 46,7% lượng hydro liên kết đã được giải phóng. Đáng chú ý, hydro có thể được tạo ra hiệu quả bằng nguồn sáng giá rẻ và cường độ thấp, bao gồm ánh sáng mặt trời và đèn LED.
Với những đặc tính này, L-HSi được đánh giá là một vật mang hydro rắn đầy triển vọng, có thể mở ra các giải pháp mới cho lưu trữ hydro an toàn, nhẹ và tiết kiệm năng lượng. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng tái sinh hydro và mở rộng quy mô sản xuất, nhằm hướng tới các ứng dụng thực tiễn.
Thông tin tham khảo
Bài báo: Visible-Light-Driven Hydrogen Release from Layered Hydrogen Silicane
Tạp chí: Advanced Optical Materials
DOI: 10.1002/adom.202502880
