Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) cách mạng hóa hydro với các tấm xúc tác siêu mỏng
Ngày 24 Tháng 1 năm 2026 bởi Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc
<(Từ trái sang) Nghiên cứu sinh tiến sĩ HyunWoo J Yang, nghiên cứu sinh tiến sĩ SangJae Lee, Giáo sư EunAe Cho, nghiên cứu sinh tiến sĩ DongWon Shin>
Chất xúc tác là "động cơ vô hình" của năng lượng hydro, chi phối cả quá trình sản xuất hydro và phát điện. Các chất xúc tác thông thường thường được chế tạo ở dạng hạt, dễ tổng hợp nhưng lại sử dụng kim loại quý không hiệu quả và có độ bền hạn chế. Các nhà nghiên cứu tại KAIST đã giới thiệu cấu trúc tấm siêu mỏng thay thế cho các hạt, chứng minh rằng sự đổi mới về cấu trúc - chứ không phải vật liệu mới - có thể đồng thời giảm lượng kim loại quý sử dụng trong khi tăng cường cả sản xuất hydro và hiệu suất pin nhiên liệu.
KAIST (Hiệu trưởng Kwang Hyung Lee) đã thông báo vào ngày 21 tháng 1 rằng một nhóm nghiên cứu do Giáo sư EunAe Cho thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu dẫn đầu đã phát triển một cấu trúc chất xúc tác mới giúp giảm đáng kể lượng kim loại quý đắt tiền cần thiết đồng thời cải thiện sản xuất hydro và hiệu suất pin nhiên liệu.
Cốt lõi của nghiên cứu này nằm ở việc ứng dụng cấu trúc tấm nano siêu mỏng, với độ dày mỏng hơn hàng chục nghìn lần so với sợi tóc người, cho phép nhóm nghiên cứu khắc phục được cả những hạn chế về hiệu quả và độ bền của các chất xúc tác thông thường.
Máy điện phân nước và pin nhiên liệu là những công nghệ then chốt cho việc sản xuất và sử dụng năng lượng hydro. Tuy nhiên, việc thương mại hóa chúng bị hạn chế nghiêm trọng bởi sự khan hiếm và chi phí cao của iridi (Ir) và bạch kim (Pt), những chất thường được sử dụng làm chất xúc tác. Trong các chất xúc tác dạng hạt thông thường, chỉ một diện tích bề mặt hạn chế tham gia vào các phản ứng, và hoạt động lâu dài chắc chắn dẫn đến sự suy giảm hiệu suất.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã chuyển đổi các hạt xúc tác kết tụ thành các tấm siêu mỏng, trải rộng theo chiều ngang giống như giấy. Đối với quá trình điện phân nước, họ đã phát triển các tấm nano iridi siêu mỏng với kích thước chiều ngang từ 1–3 micromet và độ dày dưới 2 nanomet. Cấu trúc này đã làm tăng đáng kể diện tích bề mặt hoạt động tham gia vào các phản ứng, cho phép sản xuất hydro cao hơn đáng kể với cùng một lượng iridi.
< Tấm nano Iridium siêu mịn (hình ảnh do AI tạo ra) >
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các tấm nano siêu mỏng này tự nhiên hình thành các đường dẫn điện liên kết với nhau trên oxit titan (TiO2), một vật liệu trước đây được coi là không phù hợp làm chất mang xúc tác do độ dẫn điện kém. Kết quả là, oxit titan có thể được sử dụng ổn định làm chất mang xúc tác, giúp tăng cường độ bền hơn nữa.
Chất xúc tác thu được đạt tốc độ sản xuất hydro cao hơn 38% so với các chất xúc tác thương mại và hoạt động ổn định trong hơn 1.000 giờ dưới điều kiện tải cao, phù hợp với công nghiệp (1 A/cm2*). Đáng chú ý, ngay cả với lượng iridium ít hơn khoảng 65%, chất xúc tác vẫn cho hiệu suất tương đương với các tiêu chuẩn thương mại, cho thấy sự giảm đáng kể lượng kim loại quý sử dụng.
*1 A/cm2: điều kiện dòng điện cao tương ứng với hoạt động mạnh mẽ của các hệ thống sản xuất hydro thực tế
Nhóm nghiên cứu tiếp tục áp dụng chiến lược thiết kế tấm nano siêu mỏng cho chất xúc tác pin nhiên liệu, tạo ra các tấm nano bạch kim-đồng với độ dày mỏng hơn hàng chục nghìn lần so với sợi tóc người.
Trong các đánh giá về pin nhiên liệu, chất xúc tác này cho thấy sự cải thiện gấp 13 lần về hoạt tính khối lượng trên mỗi đơn vị bạch kim so với các chất xúc tác thương mại, và mang lại hiệu suất cao hơn khoảng 2,3 lần trong các thử nghiệm pin nhiên liệu hoàn chỉnh. Ngay cả sau 50.000 chu kỳ độ bền tăng tốc, chất xúc tác vẫn giữ được khoảng 65% hiệu suất ban đầu, vượt trội hơn đáng kể so với các chất xúc tác thông thường. Quan trọng hơn, hiệu suất tương tự đã đạt được trong khi giảm lượng bạch kim sử dụng khoảng 60%.
Giáo sư EunAe Cho nhấn mạnh: "Nghiên cứu này trình bày một cấu trúc chất xúc tác mới giúp đồng thời tăng cường sản xuất hydro và hiệu suất pin nhiên liệu trong khi sử dụng các kim loại quý ít tốn kém hơn nhiều", đồng thời nói thêm: "Nó đại diện cho một bước ngoặt quan trọng để giảm chi phí năng lượng hydro và đẩy nhanh quá trình thương mại hóa."
Kết quả của công trình này đã được công bố trong hai bài báo riêng biệt, cả hai đều dựa trên công nghệ cốt lõi chung là cấu trúc tấm nano siêu mỏng - một bài tập trung vào chất xúc tác sản xuất hydro và bài còn lại tập trung vào chất xúc tác pin nhiên liệu.
< Nghiên cứu về màng nano iridi, với nghiên cứu sinh tiến sĩ Dongwon Shin là tác giả chính, đã được công bố trực tuyến vào ngày 10 tháng 12 năm 2025 trên tạp chí ACS Nano (hệ số ảnh hưởng IF 16.0).
※ Tên bài báo: "Màng nano iridi siêu mỏng trên oxit titan cho quá trình điện phân nước bằng màng trao đổi proton hiệu quả cao và bền vững", DOI: 10.1021/acsnano.5c15659
Nghiên cứu về màng nano bạch kim-đồng, với SangJae Lee và nghiên cứu sinh tiến sĩ
Bài báo của nghiên cứu này, với sự tham gia của ứng viên nghiên cứu HyunWoo Yang với tư cách là đồng tác giả chính, đã được công bố trực tuyến vào ngày 11 tháng 12 năm 2025 trên tạp chí Nano Letters (IF 9.6).
※ Tên bài báo: "Các tấm nano PtCu siêu mỏng: Một bước tiến mới trong chất xúc tác hiệu quả cao và bền bỉ cho phản ứng khử oxy," DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04848
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Chương trình Phát triển Nguồn nhân lực Năng lượng của Viện Đánh giá và Quy hoạch Công nghệ Năng lượng Hàn Quốc (KETEP) thuộc Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng, và bởi Chương trình Phát triển Công nghệ Nano và Vật liệu của Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin.
/Thông cáo báo chí. Tài liệu này từ tổ chức/tác giả gốc có thể mang tính chất tại một thời điểm nhất định và đã được chỉnh sửa về độ rõ ràng, văn phong và độ dài. Mirage.News không đứng về phía hay lập trường chính thức nào, và tất cả các quan điểm, lập trường và kết luận được thể hiện trong bài viết này hoàn toàn là của tác giả. Xem toàn văn tại đây.
