Xúc tác mới thay thế iridi trong sản xuất hydro xanh được phát hiện chỉ trong vài giờ
Trong nhiều thập kỷ, iridi – một kim loại cực kỳ hiếm và đắt đỏ – đã được sử dụng làm xúc tác cho phản ứng tiến hóa oxy (OER) trong quá trình điện phân nước để sản xuất hydro sạch. Tuy nhiên, với giá gần 5.000 USD mỗi ounce và trữ lượng toàn cầu quá ít, iridi không thể đáp ứng nhu cầu khổng lồ của quá trình khử cacbon trong tương lai.
Các nhà khoa học tại Đại học Northwestern, phối hợp cùng Viện Nghiên cứu Toyota (TRI), vừa tìm ra một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn nhờ một công cụ mang tính đột phá: megalibrary – một con chip chứa hàng triệu hạt nano với thành phần đa dạng. Công nghệ này cho phép thử nghiệm hàng loạt tổ hợp kim loại trong thời gian ngắn, thay thế cho quy trình nghiên cứu kéo dài nhiều năm.
Trong nghiên cứu, chip megalibrary chứa hơn 150 triệu hạt nano được tạo từ các tổ hợp rutheni, coban, mangan và crôm. Hệ thống quét tự động đã sàng lọc ra những ứng viên tiềm năng nhất, sau đó được mở rộng và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Một hợp chất nổi bật – oxit Ru₅₂Co₃₃Mn₉Cr₆ – thể hiện hoạt tính và độ bền tương đương, thậm chí vượt trội so với iridi, trong khi chi phí chỉ bằng một phần nhỏ.
Xúc tác mới duy trì hiệu suất ổn định trong hơn 1.000 giờ trong môi trường axit khắc nghiệt, chứng minh tính bền vững và tiềm năng thương mại. Nhóm nghiên cứu cho biết chi phí của hệ thống này chỉ bằng khoảng 1/16 so với các xúc tác chứa iridi.
Quan trọng hơn, kết quả này khẳng định tiềm năng của megalibrary trong việc thay đổi toàn diện cách con người tìm ra vật liệu mới. Phương pháp này không chỉ cho phép tạo ra dữ liệu khổng lồ mà còn mở đường cho trí tuệ nhân tạo và học máy dự đoán, thiết kế thế hệ vật liệu tiếp theo cho nhiều lĩnh vực, từ pin, năng lượng hạt nhân đến thiết bị y sinh.
“Đây mới chỉ là bước khởi đầu,” giáo sư Chad A. Mirkin, tác giả chính và cũng là người sáng tạo ra công nghệ megalibrary, chia sẻ. “Lần đầu tiên, chúng ta có thể khám phá toàn bộ không gian vật liệu và nhanh chóng tìm ra lựa chọn tối ưu cho năng lượng và nhiều công nghệ khác.”
Công trình đã được công bố trên tạp chí Journal of the American Chemical Society.
