Tinh thể spin cải thiện đáng kể quá trình phân tách nước để sản xuất hydro sạch
bởi Hội Max Planck
Độ quang học cấu trúc tinh thể và điện tử của RhSi, RhSn và RhBiS. a, Minh họa về cấu trúc quang học nội tại. Có thể phân biệt tính thuận tay bằng cách xem xét xoắn ốc được tạo thành bởi các nguyên tử Rh. Các mũi tên lớn (màu xám) và nhỏ (màu xanh lam và đỏ) biểu diễn lần lượt hướng dòng điện và phân cực spin cảm ứng xung quanh Rh. b, Minh họa về kết cấu spin trên các bề mặt Fermi xung quanh điểm Γ. Độ quang học mạng dẫn đến kết cấu spin giống như đơn cực, tạo ra phân cực spin khi dòng điện chạy qua tinh thể. c, Mẫu XRD tinh thể đơn của các mặt phẳng (0kl) trong mạng tinh thể nghịch đảo của RhBiS. Các điểm nhiễu xạ phù hợp với nhóm không gian P213. d, Mẫu nhiễu xạ Laue của RhBiS (các chấm đen) chồng lên mẫu mô phỏng lý thuyết (các chấm đỏ) của bề mặt (100). e, Hình ảnh STEM của RhBiS. f, Minh họa cấu trúc tinh thể RhBiS trên bề mặt (111) với sự sắp xếp xoắn ốc của các nguyên tử Rh theo hướng (111). Các quả cầu màu vàng, hồng và xám lần lượt biểu thị Rh, Bi và S. Nguồn: Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01674-9
Phân tách nước—phá vỡ các phân tử nước thành hydro và oxy—là một con đường đầy hứa hẹn để tạo ra năng lượng bền vững. Tuy nhiên, quá trình này từ lâu đã bị thách thức bởi động học hóa học chậm của phản ứng giải phóng oxy khiến việc sản xuất hydro trở nên kém hiệu quả và tốn kém.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế hiện đã tìm ra giải pháp. Bằng cách sử dụng các tinh thể đặc biệt có cấu trúc "chiral" nội tại độc đáo—có nghĩa là chúng có sự sắp xếp nguyên tử trái hoặc phải đặc biệt—các nhà nghiên cứu đã cải thiện đáng kể quá trình phân tách nước.
Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature Energy.
Các tinh thể chiral tôpô, bao gồm rhodium và các nguyên tố như silicon, thiếc và bismuth, sở hữu khả năng phi thường trong việc điều khiển spin electron. Tính chất cơ học lượng tử này cho phép chuyển electron thành oxy theo cách cực kỳ hiệu quả, tăng tốc đáng kể phản ứng hóa học tổng thể.
Tiến sĩ Xia Wang, nhà nghiên cứu chính tại Viện Vật lý Hóa học Chất rắn Max Planck cho biết: "Những tinh thể này về cơ bản là những cỗ máy lượng tử". "Bằng cách tận dụng các tính chất spin độc đáo của electron, chúng tôi đã tạo ra một chất xúc tác vượt trội hơn các vật liệu truyền thống gấp 200 lần".
Giáo sư Binghai Yan nói thêm: "Chúng tôi biết rằng chất xúc tác của chúng tôi vẫn chứa các nguyên tố hiếm, tuy nhiên chúng tôi tin tưởng rằng dựa trên sơ đồ thiết kế của mình, chúng tôi sẽ sớm đưa ra được chất xúc tác có hiệu quả cao và bền vững".
Bước đột phá này không chỉ là một sự tò mò khoa học—mà còn đại diện cho một bước tiến tiềm năng trong công nghệ năng lượng tái tạo. Chất xúc tác mới có thể giúp sản xuất hydro nhanh hơn, hiệu quả hơn và khả thi hơn về mặt kinh tế, đưa chúng ta đến gần hơn với tương lai năng lượng sạch.
Nghiên cứu do các nhà khoa học từ Viện Max Planck CPfS và Viện Khoa học Weizmann thực hiện, chứng minh vật lý lượng tử tiên tiến có thể giải quyết những thách thức về năng lượng trong thế giới thực như thế nào.
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
