Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học California đã tạo ra chất xúc tác mới rẻ tiền và hiệu quả, có thể dùng để sản xuất nhiên liệu hydro từ nước hiệu quả như bạch kim, hiện là chất xúc tác tách nước tốt nhất nhưng cũng đắt nhất.

Chất xúc tác mới bao gồm các tấm cacbua kim loại mỏng cỡ nanomet, được sản xuất bằng quy trình tự lắp ráp dựa vào một thành phần đáng ngạc nhiên, đó là gelatin. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Liwei Lin, giáo sư kỹ thuật cơ khí và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Bạch kim có giá thành rất đắt, do đó, cần tìm những vật liệu khác để thay thế nó. Chúng tôi thực sự đang sử dụng thứ gì đó tương tự như Jell-O mà bạn có thể ăn làm nền tảng và trộn nó với một số nguyên tố đất hiếm dồi dào để tạo ra một vật liệu mới rẻ tiền cho các phản ứng xúc tác quan trọng”.
Một luồng điện có thể phá vỡ các liên kết chắc chắn kết nối các phân tử nước lại với nhau, tạo ra khí oxy và hydro, nguồn năng lượng rất quý để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu hydro. Khí hydro cũng có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo nhưng không liên tục như năng lượng mặt trời và năng lượng gió.

Nhưng chỉ đơn giản dán một điện cực vào cốc nước là một phương pháp cực kỳ kém hiệu quả để tạo ra khí hydro. Trong 20 năm qua, các nhà khoa học đã tìm kiếm các chất xúc tác có thể tăng tốc độ phản ứng này, khiến nó trở nên thiết thực khi sử dụng trên quy mô lớn.
Xining Zang, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Phương pháp truyền thống sử dụng nước để tạo ra hydro vẫn chiếm ưu thế trong ngành công nghiệp. Tuy nhiên, phương pháp này lại sản sinh sản phẩm phụ là CO2. Hoạt động sản xuất hydro bằng phương pháp xúc tác điện đang gia tăng trong thập kỷ qua, theo nhu cầu giảm khí thải trên toàn cầu. Việc tạo ra chất xúc tác có hiệu quả cao và chi phí thấp cho quá trình điện phân sẽ mang lại lợi ích to lớn về kỹ thuật, kinh tế và xã hội”.

Để tạo ra chất xúc tác, các nhà nghiên cứu đã làm theo một công thức đơn giản gần như tạo ra Jell-O từ một chiếc hộp. Nhóm nghiên cứu đã trộn gelatin và một ion kim loại - molypden, vonfram hoặc coban - với nước, sau đó, để khô hỗn hợp. Làm nóng hỗn hợp ở mức 600 độ C sẽ kích hoạt ion kim loại phản ứng với các nguyên tử cacbon trong gelatin, tạo thành các tấm kim loại cacbua lớn, mỏng cỡ nanomet. Gelatin không phản ứng sẽ bốc cháy.

Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra hiệu quả của các chất xúc tác bằng cách đặt chúng vào nước và cho dòng điện chạy qua chúng. Khi xếp chồng lên nhau, cacbua molypden tách nước một cách hiệu quả nhất, tiếp theo là cacbua vonfram và sau đó đến cacbua coban, không tạo thành các lớp mỏng cũng như hai lớp kia. Trộn các ion molypden với một lượng nhỏ coban giúp tăng thêm hiệu suất. Hình dạng hai chiều của chất xúc tác là một trong những lý do mang lại hiệu quả cho chất xúc tác. 

“Chúng tôi đã phát hiện thấy hiệu quả của chất xúc tác mới gần bằng chất xúc tác tốt nhất được làm từ bạch kim và cacbon, là tiêu chuẩn vàng trong lĩnh vực này”, GS. Lin nói. “Điều này có nghĩa là chúng ta có thể thay thế bạch kim đắt đỏ bằng vật liệu của chúng tôi, được tạo ra theo quy trình sản xuất có thể mở rộng”.

Nghiên cứu còn có sự tham gia của các cộng sự tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, trường Đại học Jiao Tong Thượng Hải, Viện nghiên cứu Thâm Quyến và Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển hàng không và tên lửa Hoa Kỳ.

Nguồn: Sở KH&CN Hà Nam