Một tiềm năng tương lai năng lượng sạch đòi hỏi một phương thức tiết kiệm, hiệu quả và tương đối đơn giản để sản xuất lượng hydro dồi dào để sử dụng trong các tế bào nhiên liệu và các phương tiện chạy bằng hydro. Thường thu được từ việc tách nước thành hydro và nước qua điện phân, phương pháp lý tưởng để khai thác hydro từ nước là sử dụng điện được phát trực tiếp từ mặt trời mà không cần nguồn bổ sung bên ngoài. Hematite là quặng sắt đỏ, được sử dụng kết hợp với silicon cho thấy có tiềm năng trong lĩnh vực này nhưng hiệu suất chuyển đổi thấp đã làm chậm việc nghiên cứu.

Các nhà nghiên cứu vừa mới phát hiện ra bước cải tiến lớn đó là sử dụng 2 nguyên tố phong phú nhất trên trái đất để sản xuất hydro. 

Hematite có tiềm năng để sử dụng trong phương pháp tách nước quang điện hóa công suất thấp (mà ở đó năng lượng ở dạng ánh sáng là đầu vào và năng lượng hóa học là đầu ra) để giải phóng hydro do điện thế kích thích thấp dưới 0,3 V của nó khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Không may, điện thế đó quá thấp để tách nước, vì vậy đã có rất nhiều nghiên cứu muốn cải tiến bề mặt của hematite để cải thiện dòng điện. 

Theo hướng đó, các nhà nghiên cứu từ Boston College, UC Berkeley và Đại học KHCN Trung Quốc đã đưa ra một kỹ thuật “tái tạo lại” hematite để thu được một bề mặt trơn mượt hơn cùng với công suất năng lượng cao hơn. Thực tế, phiên bản mới này đã nhân đôi điện đầu ra và tiến gần thêm với việc sản xuất hydro và khai thác năng lượng quy mô lớn. 

Những nghiên cứu trước đây cho thấy lợi ích của điện thế kích thích quang điện hóa từ việc sử dụng các lớp phủ bề mặt trơn. Nhóm nghiên cứu đã đánh giá lại cấu trúc bề mặt của hematite bằng cách sử dụng máy gia tốc hạt synchrotron tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley của Hoa Kỳ. 

Họ đã dùng kỹ thuật lắng đọng hơi vật lý để tạo lớp hematite một chất nền thủy tinh borosilicate và tạo ra một cực dương quang. Sau đó đốt nóng thiết bị để tạo ra một màng sắt oxit mỏng đều trên toàn bề mặt của nó.

Các thử nghiệm sau đó về hỗn hợp mới tạo ra sự cải thiện tức thời về điện thế kích thích và tăng đáng kể điện thế quang từ 0,24 V đến 0,8 V. Trong khi quy trình khai thác hydro mới này chỉ đạt hiệu suất 0,91% thì đây là lần đầu tiên sự kết hợp giữa hematite và silicon cho thấy tạo ra hiệu suất chuyển đổi đáng kể.

Nghiên cứu này đã đưa ra khả năng khai thác năng lượng quang điện hóa hoàn toàn khép kín sử dụng những vật liệu phong phú và dễ sản xuất.

Nguồn: NASATI, ngày 6/7/2015.