Xúc tác chạy bằng ánh sáng mặt trời đạt kỷ lục mới về hiệu suất sản xuất hydro peroxit
Các nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST), phối hợp với các nhóm nghiên cứu từ Trung Quốc và Hoa Kỳ, đã phát triển một loại xúc tác quang mới giúp nâng cao đáng kể hiệu suất sản xuất hydro peroxit (H₂O₂).
Hydro peroxit vốn được biết đến như một chất oxy hóa mạnh, đủ để dùng trong nhiên liệu tên lửa, đồng thời cũng là một chất mang năng lượng bền vững cho pin nhiên liệu và các công nghệ sạch khác. Khi giải phóng năng lượng, sản phẩm phụ chủ yếu của H₂O₂ chỉ là nước.
Phương pháp sản xuất công nghiệp hiện nay dựa trên dung môi hữu cơ độc hại, gây hại cho môi trường. Trong khi đó, phương pháp quang xúc tác sử dụng ánh sáng mặt trời có thể tạo ra H₂O₂ trực tiếp từ nước và oxy trong không khí. Vấn đề khó khăn là phải kiểm soát phản ứng để tạo ra H₂O₂ thay vì các sản phẩm phụ như nước hoặc superoxide không ổn định.
Nhóm KAUST đã khắc phục bằng cách biến đổi vật liệu tungsten trioxide (WO₃), một xúc tác quang đã được biết đến, bằng cách bổ sung các nguyên tử đồng đơn lẻ. Những vị trí đồng này giúp hấp phụ và kích hoạt oxy, đồng thời định hướng phản ứng khử oxy theo con đường hai electron – con đường duy nhất tạo ra H₂O₂.
Kết quả cho thấy xúc tác mới đạt tốc độ sản xuất 102 micromol mỗi giờ dưới ánh sáng khả kiến—cao gấp 17 lần so với WO₃ không có đồng, và vượt xa tất cả các xúc tác quang được báo cáo trước đây.
Theo nhà nghiên cứu Chengyang Feng (KAUST), khả năng điều chỉnh trạng thái điện tử của xúc tác ở cấp độ nguyên tử là yếu tố then chốt mang lại hiệu quả này. Công trình, được công bố trên tạp chí Journal of the American Chemical Society, mở ra triển vọng sản xuất hydro peroxit quy mô lớn, thân thiện môi trường, phục vụ lưu trữ năng lượng, pin nhiên liệu và nhiều quy trình công nghiệp xanh.
Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu độ bền lâu dài, mở rộng quy mô và tích hợp vào các hệ thống năng lượng và công nghiệp thực tiễn.
