Các nhà khoa học đã phân tách thành công hydro và oxy từ nước bằng các chất xúc tác, được thiết kế rất chi tiết và ánh sáng, đạt được hiệu quả tối đa, hầu như không có mất mát và phản ứng phụ không mong muốn.

Phát minh mới trong lĩnh vực sản xuất hydro bằng năng lượng này mặt trời trở thành một bước đột phá then chốt, khiến ngành công nghiệp sản xuất hydro có thể mở rộng, đạt hiệu quả kinh tế cao hơn, mở đường cho nhân loại chuyển sang sử dụng năng lượng sạch, thân thiện môi trường.

Nước ẩn chứa một nguồn nhiên liệu dồi dào, đó là hydro. Hydrogen cháy rất sạch và thân thiện môi trường, không như các sản phẩm năng lượng hóa thạch, tạo lên nhiều phụ phẩm gây ô nhiễm.

Để có thể chuyển hóa nước thành hydro và oxy, các nhà khoa học Nhật Bản phân tách thành công hydro và oxy từ nước bằng các chất xúc tác được thiết kế và chế tạo rất chi tiết cùng với năng lượng ánh sáng tia cực tím, đạt được hiệu quả tối đa, không mất mát và không có phản ứng phụ không mong muốn.

Phân tách nước bằng phương pháp sử dụng chất xúc tác và ánh sáng mặt trời được gọi là quang xúc tác, đây cũng là một phương pháp đầy hứa hẹn để có thể sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời trong những thập kỷ tới.

Nhưng những nghiên cứu trước đây thường chỉ mang lại hiệu suất lượng tử bên ngoài (EQE) dưới 50%, cho thấy sự khó khăn trong việc thiết kế chất xúc tác hiệu quả để sử dụng trong thực tế sản xuất.

Điều đó có nghĩa là chất xúc tác cần được thiết kế sao cho, mọi photon hấp thụ từ nguồn sáng đều được sử dụng để tạo thành hydro. Vấn đề then chốt để nâng cao hiệu quả là vị trí chiến lược của các chất đồng xúc tác và ngăn ngừa khiếm khuyết trong chất bán dẫn.

Nhà nghiên cứu Tsuyoshi Takata thuộc Đại học Shinshu đã có bước nhảy vọt mới trong sản xuất điện, sử dụng Strontium titanate (SrTiO 3 ) pha tạp nhôm làm chất xúc tác quang, những tính chất lý hóa của chất xúc tác quang này được nghiên cứu rộng rãi và được nắm bắt rõ nhất.

Các nhà khoa học Nhật Bản chọn chất đồng xúc tác rhodium để phân tách hydro, oxit crom và oxit coban cho oxy theo hướng tinh chất xúc tác để chỉ tham gia vào những phản ứng mong muốn. Giải pháp sử dụng các chất đồng xúc tác tinh chỉnh khiến phản ứng phân tách không có tổn thất tái hợp ô xy và hydro.

Những phát hiện mới này mở ra cánh cửa hướng tới việc sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời có thể mở rộng thành một ngành công nghiệp có hiệu quả kinh tế cao.

Chiến lược thiết kế của các nhà khoa học Nhật Bản thành công trong việc giảm những khiếm khuyết khiến hiệu quả phân tách nước gần như hoàn hảo. Những kiến thức thu được trong nghiên cứu này được áp dụng cho các vật liệu khác có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh hơn.

Đây chỉ là bước đầu tiên của quá trình chuyển hóa năng lượng hóa thạch sang năng lượng thân thiện môi trường, trước mắt còn có một chặng đường dài trước khi có thể chạy ô tô bằng hydro, nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng ánh sáng cực tím. Nguồn ánh sáng mặt trời vẫn chưa được sử dụng trong thí nghiệm.

Nhưng bước đột phá tuyệt vời này khiến khả năng đó không còn quá xa để trở thành sự thật, trên lý thuyết đó chỉ là vấn đề thời gian.

Thành công của nghiên cứu này sẽ thúc đẩy các nhà khoa học, nhà nghiên cứu và kỹ sư điện hóa tham gia vào lĩnh vực công nghiệp sản xuất năng lượng sạch mới, cho thấy khả năng sử dụng nguồn năng lượng hydro - mặt trời trở lên rất hiện thực trong tương lai gần.

Nguồn: Báo Khoa học và Đời sống, ngày 29/6/2020.