Biến CO2 thành nhiên liệu bền vững

Một nhóm nghiên cứu quốc tế từ Trường Hóa học của Đại học Nottingham, Đại học Birmingham, Đại học Queensland và Đại học Ulm đã thành công trong việc biến CO2 thành methanol bằng cách chiếu ánh sáng mặt trời lên các nguyên tử đồng đặt trên một vật liệu được kích hoạt bằng ánh sáng, một khám phá mở ra con đường cho việc tạo ra các nhiên liệu xanh mới.

Trong quá trình quang xúc tác, ánh sáng được chiếu vào một vật liệu bán dẫn kích thích các electron, cho phép chúng di chuyển qua vật liệu để phản ứng với CO2 và nước, tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích, bao gồm methanol - một nhiên liệu xanh. Mặc dù đã có tiến bộ gần đây, quá trình này vẫn chưa hiệu quả và chọn lọc.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một vật liệu, gồm các nguyên tử đồng được cố định trên một cấu trúc cacbon nitrit nanokrystal. Các nguyên tử đồng này được nhúng vào trong cấu trúc nanokrystal, cho phép electron di chuyển từ cacbon nitrit đến CO2, một bước quan trọng trong quá trình sản xuất methanol từ CO2 dưới ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Nghiên cứu này đã được công bố trong Tạp chí Nhiên liệu và Năng lượng Bền vững của Hội Hóa học Anh.

Nhóm nghiên cứu đã phát minh ra một quy trình làm nóng cacbon nitrit đến mức độ tinh thể hóa cần thiết, tối đa hóa các tính chức năng của vật liệu này cho quang xúc tác. Sử dụng phương pháp phún xạ từ tính, họ đã lắng đọng nguyên tử đồng trong một quy trình không cần dung môi, cho phép tiếp xúc mật thiết giữa vật liệu bán dẫn và nguyên tử kim loại.

Tara LeMercier, tiến sĩ tại Trường Hóa học của Đại học Nottingham, nói: "Chúng tôi đã đo lường dòng điện được tạo ra bởi ánh sáng và sử dụng nó như một tiêu chí để đánh giá chất lượng của xúc tác. Ngay cả khi không có đồng, dạng mới của cacbon nitrit này cũng hoạt động hiệu suất gấp 44 lần so với cacbon nitrit truyền thống. Tuy nhiên, một điều bất ngờ là việc thêm chỉ 1 mg đồng cho mỗi 1 g cacbon nitrit đã làm tăng hiệu suất này gấp 4 lần. Quan trọng hơn, sự chọn lọc đã thay đổi từ metan, một khí nhà kính khác, thành methanol, một nhiên liệu xanh có giá trị”.

Chuyển hóa CO2 là chìa khóa cho việc đạt được mục tiêu không khí net-zero của Vương quốc Anh. Điều quan trọng là bảo đảm tính bền vững của các vật liệu xúc tác cho phản ứng quan trọng này. Một lợi thế lớn của xúc tác mới là nó bao gồm các nguyên tố bền vững - cacbon, nitơ và đồng - tất cả đều phổ biến trên hành tinh chúng ta.

Khám phá này cho thấy cho một bước tiến quan trọng trong việc hiểu biết sâu sắc về các vật liệu quang xúc tác trong quá trình chuyển hóa CO2. Nó mở ra một con đường cho việc tạo ra các xúc tác có tính chọn lọc và điều chỉnh cao, nơi sản phẩm mong muốn có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh xúc tác ở cấp độ nano.

Công trình nghiên cứu này được tài trợ bởi Chương trình Grant, với mục tiêu phát triển các vật liệu xúc tác cho quá trình chuyển hóa ba phân tử chính - carbon dioxide, hydrogen và ammonia - quan trọng đối với kinh tế và môi trường.

Vista.gov.vn