Chất xúc ta đôi nguyên tử mới hứa hẹn lớn mang lại năng lượng sạch bằng quá trình quan hợp nhân tạo

Để tìm kiếm được các giải pháp mới có khả năng thu và lưu trữ hiệu quả hơn nguồn năng lượng mặt trời, các nhà khoa học hai quốc gia Mỹ và Trung Quốc đã tổng hợp được một chất xúc tác đôi nguyên tử mới để đáp ứng làm nền tảng cho quá trình quang hợp nhân tạo. Báo cáo của công trình nghiên cứu đã được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences mới đây.

Nhóm nghiên cứu phát triển thành công chất xúc tác iridium chỉ bằng hai lõi kim loại phóng xạ. Điều quan trọng nhất là, các thí nghiệm cho thấy chất xúc tác là một cấu trúc được xác định rõ ràng, có thể cung cấp một nền tảng sản xuất cho các nghiên cứu trong tương lai đối với việc tổng hợp nhiên liệu năng lượng mặt trời.Giáo sư Dunwei Wang của Đại học Boston, tác giả chính của báo cáo, nói: “Nghiên cứu này liên quan đến công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời trực tiếp. Nó giải quyết được thách thức quan trọng đó là năng lượng mặt trời không liên tục. Nó sẽ thu trực tiếp nguồn năng lượng mặt trời và lưu giữ năng lượng dưới dạng các liên kết hoá học, tương tự như quá trình quang hợp nhưng hiệu quả cao hơn và chi phí thấp hơn”.

Các nhà nghiên cứu đã dành thời gian đáng kể vào nghiên cứu các chất xúc tác đơn nguyên tử (SACs) và hiếm khi thăm dò "chất xúc tác phân tán nguyên tử" có hai nguyên tử. Trong một bài báo có tiêu đề “Stable iridium dinuclear heterogeneous catalysts supported on metal-oxide substrate for solar water oxidation”, nhóm nghiên cứu báo cáo việc tổng hợp chất xúc tác không đồng nhất iridium đôi nguyên tử theo phương pháp quang hóa rất dễ dàng. Chất xúc tác cho thấy có sự ổn định tuyệt vời và hoạt tính cao đối với quá trình oxy hóa nước, một quá trình thiết yếu trong quang hợp tự nhiên và nhân tạo.

Đối với khía cạnh nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu gặp phải những thách thức đặc biệt trong việc phát triển các chất xúc tác không đồng nhất, được sử dụng rộng rãi trong chuyển hóa các chất hóa học công nghiệp quy mô lớn. Hầu hết các chất xúc tác không đồng nhất hoạt tính này thường cho thấy không bền bên trong cấu trúc nguyên tử của chúng, điều này khiến khó đánh giá chi tiết kỹ thuật ở cấp độ phân tử.

Nhóm đã tận dụng các kỹ thuật mới trong việc đánh giá các chất xúc tác đơn nguyên tử và phát triển vật liệu nền tảng để nghiên cứu những phản ứng phức tạp và rất quan

trong mà đòi hỏi có nhiều hơn một vị trí hoạt động.Wang cho biết, đây là lần đầu tiên nhóm nghiên cứu có một cái nhìn thoáng qua về tiềm năng của chất xúc tác không đồng nhất trong sản xuất và lưu trữ năng lượng sạch.

Nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện các thí nghiệm tia X tại Phòng thí nghiệm Nguồn sáng tiên tiến của Viện nghiên cứu Lawrence Berkeley Quốc gia để xác định cấu trúc chất xúc tác iridium. Họ sử dụng hai kỹ thuật: X-ray absorption fine structure (EXAFS) and X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) trong các phép đo đạc của họ. Những thí nghiệm này cung cấp bằng chứng quan trọng để hiểu rõ hơn chất xúc tác mới này.

Nhóm nghiên cứu rất ngạc nhiên bởi tính đơn giản và độ bền của chất xúc tác, kết hợp với hoạt tính cao đối với sự phản ứng oxy hóa nước.

Wang cho biết các bước tiếp theo trong nghiên cứu bao gồm việc tối ưu hóa hơn nữa chất xúc tác để có thể sử dụng thực tế và kiểm tra các khu vực mà chất xúc tác có thể được áp dụng cho các phép biến đổi hóa học mới.Ngoài Wang và nhóm nghiên cứu của ông tại Boston College còn có sự tham gia của các nhà khoa học thuộc Đại học California, Irvine; Đại học Yale; Đại học Tufts; và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, cũng như các trường đại học Tsinghua và Đại học Nam Kinh của Trung Quốc.

Nghiên cứu được Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ, cũng như các cơ quan khoa học ở Trung Quốc tài trợ.

Theo Vista.gov.vn