UNIST phát triển quang cực dương hữu cơ đột phá: Sản xuất hydro xanh trực tiếp từ ánh sáng mặt trời
Annie Nguyễn | 26 tháng 8, 2026
Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) vừa công bố một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực sản xuất hydro xanh khi các nhà nghiên cứu tại đây phát triển thành công quang cực dương bán dẫn hữu cơ hiệu suất cao, cải thiện đáng kể hiệu quả và độ bền của công nghệ phân tách nước bằng năng lượng mặt trời.
Công nghệ phân tách nước bằng ánh sáng mặt trời sử dụng quang điện cực để hấp thụ ánh sáng, phá vỡ liên kết nước và tạo ra hydro sạch. Các quang điện cực hữu cơ truyền thống thường sử dụng cấu trúc "tiếp giáp khối hỗn hợp", trong đó các vật liệu được trộn lẫn ngẫu nhiên. Cách tiếp cận này khiến đường đi của electron và lỗ trống bị đan xen, gây ra tổn thất tái hợp lớn khi chúng kết hợp lại trong quá trình vận chuyển, đồng thời bề mặt điện cực dễ bị hư hỏng, hạn chế độ ổn định lâu dài.
Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề bằng phương pháp lắng đọng tuần tự: xếp lớp chấp nhận electron trước, sau đó thêm lớp cho electron lên trên, tạo ra cấu trúc "hai lớp giả". Trong quá trình phủ dung dịch, các nhà nghiên cứu tạo ra một lớp hỗn hợp hình thành tự nhiên giữa hai lớp. Các điện tích sinh ra trong lớp hỗn hợp trung gian di chuyển xuống lớp chấp nhận, trong khi lỗ trống di chuyển lên lớp cho tiếp xúc với nước - di chuyển theo hướng ngược nhau để giảm thiểu tổn thất tái hợp.
Trong các thử nghiệm hiệu suất, quang cực dương mới đạt mật độ dòng quang trung bình 1,75 mA/cm², cao hơn khoảng 22% so với thông thường. Điện áp điều khiển bên ngoài cần cho phản ứng oxy hóa nước giảm từ 0,35 V xuống 0,15 V, chưa đến một nửa, cho phép vận hành trơn tru chỉ với một lượng năng lượng nhỏ. Độ ổn định vận hành liên tục cũng được cải thiện khoảng 300% so với phương pháp thông thường, nhờ ngăn chặn hư hỏng hóa học đối với lớp hỗn hợp bên trong, nơi các điện tích phân tách.
Giáo sư Cho Han-hee, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết: "Bằng cách kiểm soát sự sắp xếp của hai vật liệu trong màng mỏng quang cực dương, chúng tôi đã nâng cao cả hiệu suất và độ ổn định vận hành. Vì nó hoạt động tốt ngay cả ở điện áp thấp, nó sẽ giúp phát triển các thiết bị sản xuất hydro chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời mà không cần điện áp bên ngoài."
Phát hiện được công bố trực tuyến ngày 16 tháng 7 trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học (Chemical Engineering Journal) và được hỗ trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (NRF) và chương trình InnoCORE.
