Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Central Florida (UCF) do PGS Yang Yang dẫn đầu, đã tìm ra một vật liệu nano hybrid mới khai thác năng lượng mặt trời để tạo ra hydro từ nước biển với chi phí thấp và hiệu quả hơn so với các vật liệu hiện có. Bước đột phá này sẽ dẫn đến sự ra đời của một nguồn nhiên liệu sạch, làm giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy sự phát triển kinh tế của bang Florida nơi tràn ngập ánh nắng và nguồn nước biển dồi dào.

PGS Yang đã nghiên cứu tách hydro từ ánh nắng mặt trời trong gần 10 năm qua. Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng chất xúc tác quang, vật liệu tăng tốc phản ứng hóa học nhờ năng lượng từ ánh sáng. Khi mới bắt tay vào nghiên cứu, PGS Yang đã tập trung sử dụng năng lượng mặt trời để tách hydro từ nước tinh khiết, nhưng rất khó thực hiện với nước biển, vì các chất xúc tác quang không đủ bền chắc để xử lý sinh khối và muối ăn mòn của nước biển. Sau đó, nhóm nghiên cứu của PGS Yang đã tạo ra một chất xúc tác mới, không chỉ khai thác ánh sáng phổ rộng hơn so với các vật liệu khác mà còn chịu được những điều kiện khắc nghiệt trong nước biển.

Các nhà khoa học đã đưa ra phương thức chế tạo chất xúc tác quang bao gồm một vật liệu hybrid. Các hốc nano siêu nhỏ được khắc axit hóa học trên bề mặt của màng titan dioxit siêu mỏng - chất xúc tác quang phổ biến. Phần lõm của những hốc nano đó được tráng disulfide molybden nano dạng bông, vật liệu hai chiều có độ dày bằng một nguyên tử.

Các chất xúc tác thông thường chỉ có thể chuyển đổi ánh sáng có phạm vi băng thông hạn chế thành năng lượng. Với vật liệu mới, nhóm nghiên cứu đã tăng đáng kể băng thông của ánh sáng được khai thác. Thông qua kiểm soát mật độ lưu huỳnh trong các disulfide molybden nano dạng bông, có thể sản xuất năng lượng từ các bước sóng ánh sáng cực tím hữu hình thành bước sóng ánh sáng hồng ngoại gần, mang lại hiệu quả ít nhất gấp hai các chất xúc tác quang hiện có.

Trong nhiều trường hợp, sản xuất nhiên liệu hóa học từ năng lượng mặt trời là giải pháp hiệu quả hơn so với sản xuất điện từ các tấm pin mặt trời. Tuy nhiên, nguồn điện đó cần được sử dụng hoặc lưu trữ trong pin có thể bị hỏng dù khí hydro dễ dàng được lưu trữ và vận chuyển.

Chất xúc tác quang được sản xuất tương đối dễ và ít tốn kém. Các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu phương thức tốt nhất để mở rộng quy mô sản xuất và cải thiện hơn nữa hiệu quả của chất xúc tác để có thể tách hydro từ nước thải.

Nguồn: Nasati