Nano Curcumin

Sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra hydro

Mới đây, các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Texas-Austin đã tìm ra phương pháp sử dụng ánh sáng mặt trời để tách các phân tử oxy ra khỏi nước một cách hiệu quả. Phát hiện được công bố trên tạp chí Nature Communications, đại diện cho một bước tiến trong việc áp dụng hydro như một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng năng lượng.

>> Hydrogen-Nguồn năng lượng hóa học của tương lai

>> Hydrogen: Năng lượng thời hậu hóa thạch

Ngay từ những năm 1970, các nhà khoa học đã nghiên cứu khả năng sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra hydro. Tuy nhiên, việc thiếu vật liệu có các đặc tính cần thiết để thực hiện các phản ứng hóa học quan trọng một cách hiệu quả đã khiến nó không thể trở thành phương pháp chủ đạo.

Edward Yu, giáo sư tại Khoa Điện và Máy tính của Trường Đại học Texas-Austin cho biết: “Bạn cần những vật liệu có khả năng hấp thụ tốt ánh sáng mặt trời và đồng thời không bị phân hủy khi phản ứng tách nước diễn ra. Vật liệu hấp thụ tốt ánh sáng mặt trời có xu hướng không ổn định trong các điều kiện cần thiết cho phản ứng tách nước, trong khi vật liệu ổn định lại có xu hướng hấp thụ ánh sáng kém. Để giải quyết những mâu thuẫn này, bạn phải kết hợp nhiều vật liệu – một vật liệu hấp thụ hiệu quả ánh sáng mặt trời, chẳng hạn như silicon và một vật liệu khác cung cấp độ ổn định tốt, chẳng hạn như silicon dioxide – vào cùng một thiết bị duy nhất”.

Mô phỏng thiết bị sử dụng ánh sáng mặt trời để tách oxy khỏi nước, tạo ra hydro. Ảnh: UT Austin

Tuy nhiên, sự kết hợp này lại tạo ra một thách thức khác, đó là các electron và lỗ trống được tạo ra bởi sự hấp thụ ánh sáng mặt trời trong silicon phải có khả năng di chuyển dễ dàng qua lớp silicon dioxide. Điều này thường yêu cầu lớp silicon dioxide chỉ được dày không quá vài nanomet, dẫn đến làm giảm hiệu quả của nó trong việc bảo vệ chất hấp thụ silicon khỏi bị suy thoái.

Chìa khóa của bước đột phá này là nhờ một phương pháp tạo ra các đường dẫn điện thông qua một lớp silicon dioxide dày có thể được thực hiện với chi phí thấp và quy mô sản xuất cao. Để đạt được điều đó, Yu và nhóm của ông đã sử dụng kỹ thuật lần đầu tiên được triển khai trong sản xuất chip điện tử bán dẫn. Bằng cách phủ lên lớp silicon dioxide một màng nhôm mỏng và sau đó nung nóng toàn bộ cấu trúc, các mảng “gai” nhôm có kích thước nano kết nối hoàn toàn với lớp silicon dioxide được hình thành. Tiếp theo, chúng có thể dễ dàng được thay thế bằng niken hoặc các vật liệu khác giúp xúc tác phản ứng tách nước.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, các thiết bị có thể oxy hóa nước một cách hiệu quả để tạo thành các phân tử oxy đồng thời tạo ra hydro tại một điện cực riêng biệt và thể hiện sự ổn định vượt trội trong thời gian hoạt động kéo dài. Bởi vì các kỹ thuật trong nghiên cứu này thường được sử dụng trong sản xuất thiết bị điện tử bán dẫn, nên dễ dàng mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt.

Hầu hết sản xuất hydro ngày nay xảy ra thông qua việc đốt nóng hơi nước và khí methane, nhưng điều đó phụ thuộc và nhiên liệu hóa thạch và tạo ra khí thải carbon. Bởi vậy quy trình mới thực sự rất thân thiện với môi trường.

Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời để thương mại hóa công nghệ này. Trong tương lai, nhóm sẽ làm việc để cải thiện hiệu quả phần oxy của quá trình tách nước bằng cách tăng tốc độ phản ứng.

Hoahocngaynay.com

Nguồn: ScienceDaily/Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam

Chia sẻ:

Tin liên quan:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

20 + 3 =