UNIST phát triển điện cực quang hữu cơ, nâng cao hiệu suất và độ ổn định của quá trình quang điện phân nước
Annie Nguyễn – Ngày 26 tháng 8 năm 2026
Nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) đã phát triển một điện cực quang (photoanode) bán dẫn hữu cơ có khả năng đồng thời cải thiện hiệu suất và độ ổn định của quá trình quang điện phân nước để sản xuất hydro xanh. Nghiên cứu này giải quyết vấn đề tái tổ hợp điện tích vốn có của các điện cực quang hữu cơ và giảm đáng kể điện áp hoạt động cần thiết, mở ra triển vọng cho việc phát triển thiết bị quang điện thế hệ tiếp theo có thể sản xuất hydro chỉ bằng ánh sáng mặt trời mà không cần nguồn điện bên ngoài.
Đột phá trong cấu trúc điện cực
Nhóm nghiên cứu do các giáo sư Jo Han-hee, Choi Mun-ki và Song Myung-hoon từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu dẫn đầu, hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (EPFL), đã phát triển một photoanode bán dẫn hữu cơ hiệu suất cao.
Thay vì sử dụng cấu trúc "dị thể khối" (bulk heterojunction) truyền thống, nhóm đã triển khai cấu trúc "giống hai lớp" (quasi-bilayer) bằng cách lắng đọng lần lượt các lớp chấp nhận và cho electron. Điểm đặc biệt là một lớp hỗn hợp được hình thành một cách tự nhiên giữa hai lớp trong quá trình phủ dung dịch.
Trong cấu trúc này, các electron di chuyển xuống lớp chấp nhận phía dưới, trong khi các lỗ trống (holes) di chuyển lên lớp cho phía trên tiếp xúc với nước, giúp giảm thiểu sự tái tổ hợp điện tích và bảo vệ điện cực khỏi hư hại hóa học, qua đó tăng cường độ ổn định.
Cải thiện hiệu suất ấn tượng
Các thử nghiệm đã cho thấy:
-
Mật độ dòng quang điện (photocurrent density) trung bình của photoanode mới là 1,75 mA/cm², cải thiện khoảng 22% so với cấu trúc trước đây.
-
Điện áp hoạt động cần thiết để oxy hóa nước giảm từ 0,35V xuống chỉ còn 0,15V, thấp hơn một nửa so với trước.
-
Độ ổn định hoạt động liên tục được cải thiện khoảng 300% nhờ khả năng bảo vệ lớp hỗn hợp bên trong khỏi hư hại hóa học.
Ý nghĩa và triển vọng
Giáo sư Jo Han-hee nhận xét: "Bằng cách kiểm soát sự sắp xếp của hai loại vật liệu trong màng quang cực mỏng, chúng tôi có thể tăng cả hiệu suất và độ ổn định hoạt động. Đặc tính hoạt động tốt ở điện áp thấp sẽ hữu ích cho việc phát triển các thiết bị sản xuất hydro chỉ bằng ánh sáng mặt trời mà không cần điện áp bên ngoài."
Công bố và hỗ trợ
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí quốc tế Chemical Engineering Journal vào ngày 16 tháng 7 năm 2026 và được tài trợ bởi Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin Hàn Quốc, Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (NRF) và chương trình InnoCORE.
