Giảng viên Việt Nam mở triển vọng điều chế nhiên liệu sạch H2 ưu việt

Rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tập trung nghiên cứu cách điều chế nhiên liệu sạch H2 từ nước và năng lượng mặt trời.  

Một trong những khó khăn là xác định các loại vật liệu rẻ tiền, hiệu quả cao thay thế các xúc tác đắt tiền và hiếm như Pt (bạch kim). Molybden sulfide là một vật liệu hứa hẹn và đang thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học.

Nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Trần Đình Phong tại Khoa Khoa học vật liệu tiên tiến và Công nghệ nano, Trường ĐH Khoa học và Công nghệ Hà Nội (Đại học Việt Pháp, USTH) cùng với các nhà nghiên cứu tại Pháp, Singapore và Nhật Bản đã thành công trong việc xác định đầy đủ cấu trúc và cơ chế hoạt động của loại vật liệu này; mở ra triển vọng nghiên cứu biến tính vật liệu trên, làm tăng hiệu quả xúc tác hoặc thiết kế các vật liệu mới ưu việt hơn.

Kết quả đáng vui mừng đó đã được công bố trên Tạp chí Nature Materials, tạp chí số 1 thế giới về khoa học vật liệu với chỉ số ảnh hưởng 36,5.

Theo tiến sĩ Trần Đình Phong, trong nghiên cứu này, lần đầu tiên cấu trúc và cơ chế hoạt động của molybden sulfide vô định hình, một loại vật liệu dễ chế tạo, rẻ tiền và có thể thay thế xúc tác kim loại hiếm Pt (bạch kim) cho phản ứng điều chế nhiên liệu sạch H2 từ nước đã được chứng minh một cách hoàn chỉnh.

Cấu trúc của Molybden sulfide vô định hình. Vật liệu này là một polymer vô cơ hình thành từ các monomer [Mo3S13]2- thông qua chia sẻ các cầu disulfide (S-S)2-. Trong nước, các cầu disulfide (S-S)2- tự do không chia sẻ bị loại bỏ tạo thành các trung tâm xúc tác Mo cho phản ứng tạo H2. 

Thực tế, nghiên cứu chuyển hóa năng lượng mặt trời thành H2, một nhiên liệu sạch dùng trong pin nhiên liệu, đang thu hút rất nhiều sự quan tâm và đầu tư trên thế giới. Các nhà khoa học đang cố gắng copy quá trình tổng hợp quang hóa tự nhiên để thiết kế các lá xanh nhân tạo: Những thiết bị rẻ tiền có thể chuyển hóa năng lượng mặt trời và nước thành H2.

Để đạt được mục đích đó, tìm kiếm các chất xúc tác hiệu quả cho phản ứng oxi hóa nước thành O2 và khử nước thành H2 là rất cấp bách.

Hiện nay, xúc tác tốt nhất cho phản ứng khử nước thành H2 vẫn là Pt (bạch kim), một kim loại cực kì quí hiếm. Trong số các xúc tác hứa hẹn có thể thay thế Pt, molybden sulfide vô định hình, thường được viết tắt là a-MoSx, là một ứng viên thu hút rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu. a-MoSx có thể được chế tạo dễ dàngvới lượng lớn và dễ sử dụng.

Đặc biệt, hoạt tính xúc tác của a-MoSx cao hơn nhiều so với tinh thể c-MoS2 một vật liệu cũng được nghiên cứu rất nhiều trong thời gian gần đây vì cấu trúc đa lớp tương tự graphen của nó.

Tuy nhiên, khác với tinh thể c-MoS2, cấu trúc của a-MoSx vô định hình gần đây vẫn còn là một ẩn số. Điều này ngăn cản các nhà khoa học tìm hiểu về cơ chế hoạt động của loại xúc tác tuyệt vời này dẫn tới gặp khó khăn trong việc biến tính nó hay thiết kế các vật liệu mới ưu việt hơn.

Do đó, kết quả nghiên cứu nói trên sẽ là cơ sở để nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Trần Đình Phong tại USTH và các đồng nghiệp thiết kế chế tạo các vật liệu xúc tác mới ưu việt hơn tiến tới thiết kế chế tạo một lá xanh nhân tạo hoàn chỉnh cho việc tách H2 từ nước sử dụng năng lượng mặt trời.