(H2N2)-Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusett (MIT), Hoa Kỳ, đã tìm ra một trong các chất xúc tác hiệu quả nhất chưa từng được phát hiện để tách nguyên tử ôxy từ phân tử nước. Đây là một phản ứng cần thiết trong các hệ thống lưu giữ năng lượng tiên tiến bao gồm máy điện phân để tạo ra nhiên liệu hydro và pin sạc. Chất xúc tác mới giải phóng ôxy với tốc độ nhanh hơn 10 lần so với chất xúc tác cùng loại đã được biết đến.
Theo nhóm nghiên cứu, hợp chất mới gồm có côban, sắt và ôxy cùng với các kim loại khác, tách ôxy từ nước (gọi là phản ứng thoát khí ôxy (OER)) với cường độ lớn hơn hợp chất hiện được xem là rất thích hợp cho các phản ứng này. Nghiên cứu thử nghiệm có hệ thống đánh giá hoạt tính xúc tác của 10 hợp chất quen thuộc đã dự báo khả năng phản ứng cao của hợp chất mới.
Các nhà khoa học đã phát hiện thấy khả năng phản ứng phụ thuộc vào đặc trưng cụ thể, đó là cấu hình điện tử bên ngoài của các ion kim loại chuyển đổi. Đặc trưng này được sử dụng để dự báo khả năng phản ứng cao của hợp chất mới. Sau đó, các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được tiến hành để xác nhận kết quả.
PGS Shao-Horn, chuyên gia về kỹ thuật cơ khí và khoa học kỹ thuật vật liệu tại MIT cho biết họ không chỉ xác định được nguyên tắc cơ bản chi phối hoạt động của các hợp chất khác nhau trong phản ứng OER, mà trên thực tế họ đã tìm ra hợp chất mới này. Nhiều nhóm nghiên cứu khác đã tìm kiếm các chất xúc tác hiệu quả hơn để tăng tốc độ phân tách nước thành hyđrô và ôxy. Đây là phản ứng chủ chốt trong việc sản xuất hyđrô làm nhiên liệu dùng cho ô tô; hoạt động của một số loại pin sạc bao gồm pin kẽm-không khí (zinc-air batteries) và sản xuất điện trong các thiết bị gọi là pin nhiên liệu. Hai chất xúc tác cần có cho phản ứng này, một chất giải phóng các nguyên tử hyđrô và chất còn lại giải phóng nguyên tử ôxy, nhưng phản ứng ôxy là yếu tố hạn chế trong các hệ thống này. Các nhóm nghiên cứu khác đứng đầu là Daniel Nocera thuộc MIT đã tập trung vào các chất xúc tác tương tự có thể hoạt động trong loại “lá nhân tạo” với chi phí thấp trong môi trường nước bình thường. Nhưng các phản ứng này có thể diễn ra với hiệu suất cao hơn trong các dung dịch kiềm cần cho chất xúc tác trước đây được biết đến là iridium oxide cũng như cho hợp chất mới.
Shao-Horn cùng các cộng sự hiện đang phối hợp với Nocera ghép chất xúc tác mới vào lá nhân tạo để cho ra đời một hệ thống độc lập sản sinh ra hyđrô và ôxy khi đặt trong dung dịch kiềm. Các nhà khoa học cũng sẽ thăm dò các cấu hình khác nhau của vật liệu xúc tác để tìm hiểu sâu hơn cơ chế. Những thử nghiệm ban đầu đã sử dụng dạng bột của chất xúc tác; các nhà nghiên cứu hiện lập kế hoạch thử nghiệm các màng mỏng để hiểu sâu hơn phản ứng.
Hơn nữa, cho dù đã xác định được vật liệu có tốc độ phản ứng cao, nhưng các nhà khoa học vẫn sẽ tiếp tục tìm kiếm các vật liệu xúc tác thậm chí còn có hiệu quả hơn.
Resources
- Jin Suntivich, Kevin J. May, Hubert A. Gasteiger, John B. Goodenough, and Yang Shao-Horn (2011) A Perovskite Oxide Optimized for Oxygen Evolution Catalysis from Molecular Orbital Principles. Science DOI: 10.1126/science.1212858
Hoahocngaynay.com
Nguồn NASATI/ScienceDaily
