Ánh sáng mặt trời có thể chuyển đổi thành nhiên liệu hydro lưu trữ nhờ chất xúc tác quang

Đến thời điểm này, hầu hết hydro được sản xuất từ khí tự nhiên và tạo ra khí nhà kính , điều đó đòi hỏi phải có công nghệ sản xuất hydro xanh bền vững. Hydro xanh có thể được sản xuất từ nước bằng phương pháp sử dụng chất xúc tác quang, vật liệu thúc đẩy quá trình phân hủy nước thành hydro và oxy dưới tác động của ánh sáng mặt trời.

Nghiên cứu "Sự tách nước tổng thể bằng xúc tác quang dưới ánh sáng mặt trời, được kích hoạt bởi một polymer liên hợp dạng hạt nạp iridi" của nhóm nghiên cứu Đại học Strathclyde được công bố trên Angewandte Chemie International Edition, tạp chí của Hiệp hội Hóa học Đức. Báo cáo khoa học giới thiệu giải pháp sử dụng chất xúc tác quang sử dụng ánh sáng mặt trời, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân tách nước, chất xúc tác quang được bổ sung thêm chất xúc tác kim loại thích hợp, iridi.

Khi được sử dụng trong pin nhiên liệu, hydro không thải ra khí nhà kính tại điểm sử dụng, giúp khử carbon trong các lĩnh vực lớn như vận tải biển, khi hydro được sử dụng làm nhiên liệu và trong nhiều ngành sản xuất khác.

Nghiên cứu viên chính, TS Sebastian Sprick thuộc Strathclyde cho biết, nguồn năng lượng tái tạo dồi dào giải quyết thách thức về năng lượng bền vững là ánh sáng Mặt trời, năng lượng của Mặt trời đến bề mặt Trái đất lớn hơn 8.000 lần so với nhu cầu năng lượng toàn cầu hàng năm của thế giới.

Chất xúc tác quang có thể tiếp cận năng lượng mặt trời thông qua những quá trình không tổn hao năng lượng, tạo ra vật chất mang năng lượng lưu trữ ở dạng hydro từ nước. Hydro sẽ được chuyển hóa sạch thành điện trong pin nhiên liệu với nước là sản phẩm phụ duy nhất.

Sơ đồ mô phỏng chất xúc tác điện quang polymer kết hợp kim loại Ir/IrO2 phân tách nước bằng ánh sáng mặt trời. Ảnh Angewandte Chemie International Edition (2022)

Đây là một bước tiến quan trọng vì các hệ thống trước đây dựa trên cơ sở sử dụng thuốc thử hy sinh để thúc đẩy phản ứng. những tác nhân hy sinh là các chất cho điện tử, làm giảm xu hướng tái kết hợp của các điện tử và đẩy nhanh tốc độ tạo hydro. Mặc dù thuốc thử hy sinh cho phép các nhà nghiên cứu hiểu được hoạt động của hệ thống, nhưng không hiệu quả để sản xuất năng lượng.

Nghiên cứu này cung cấp một phương pháp tiếp cận tối ưu hóa hơn vì chất xúc tác không phải vật hy sinh. Chất xúc tác quang (polymer) có những đặc tính có thể điều chỉnh bằng việc sử dụng các phương pháp tổng hợp, cho phép tối ưu hóa cấu trúc một cách hệ thống và đơn giản tăng hiệu quả hoạt động của chất xúc tác.

Một lợi thế tiềm năng khác là polymer có thể in 3D, cho phép sử dụng công nghệ in nhằm tăng hiệu quả về chi phí mở rộng quy mô như in báo và rất quan trọng để phát triển sản xuất hydro ở quy mô rộng lớn, giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu hiệu quả.