Nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết về các giải pháp công nghệ tiên tiến, đặc biệt trong xử lý ô nhiễm môi trường, cải thiện hiệu suất lưu trữ năng lượng, và phát hiện tác nhân gây hại, GS.TS. Trần Đại Lâm cùng các cộng sự tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu tổng hợp một số vật liệu oxit kim loại cấu trúc nano trên cơ sở giá đỡ graphene oxide đính trên sợi polyester (GO@PESF) và khảo sát các ứng dụng xúc tác". 

 

Đề tài này hướng tới việc phát triển thành công hệ vật liệu xúc tác mới trên nền giá đỡ GO phủ trên PESF, hứa hẹn mở ra hướng đi đột phá để giải quyết các thách thức môi trường thông qua phân hủy hợp chất hữu cơ, nâng cao hiệu suất siêu tụ điện, và tăng cường khả năng phát hiện bằng đầu dò tử ngoại và cảm biến khí độc, qua đó đóng góp vào sự phát triển bền vững của công nghệ và môi trường. Hệ vật liệu đột phá này hứa hẹn ứng dụng trong ba lĩnh vực trọng tâm: phân hủy hợp chất hữu cơ bền vững trong nước, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường; đóng vai trò giả-xúc-tác cho siêu tụ điện, nhằm cải thiện đáng kể hiệu suất lưu trữ năng lượng; và phát triển đầu dò tử ngoại, phục vụ cho các công nghệ cảm biến tiên tiến.

Để đạt được mục tiêu chính, đề tài tập trung vào các nhiệm vụ cụ thể: phát triển phương pháp xử lý bề mặt PESF hiệu quả nhằm tăng cường độ bám dính của GO/rGO; thiết lập quy trình kiểm soát tốt việc phủ GO lên PESF; gắn thành công các loại nano xúc tác lên bề mặt giá đỡ GO@PESF đã thu được; và cuối cùng là ứng dụng thành công các hệ xúc tác này vào các lĩnh vực nêu trên. Ngoài ra, đề tài còn có mục tiêu bổ sung là phát triển thành công hệ vật liệu xúc tác dựa trên vật liệu hai chiều Mxene. Hệ vật liệu này được kỳ vọng sẽ có ứng dụng tiềm năng trong xúc tác quang H2 và phát hiện khí độc. Các nhiệm vụ cụ thể bao gồm: tổng hợp thành công vật liệu hai chiều Mxene với những tính năng đặc biệt; gắn thành công các nano xúc tác lên bề mặt Mxene; và ứng dụng hiệu quả các hệ xúc tác này trong xúc tác quang và cảm biến lỏng/khí.

Trong quá trình thực hiện đề tài (từ tháng 6/2019 đến tháng 3/2022), đè tài đã tiến hành hình thành các loại vật liệu làm xúc tác và điện cực. Đồng thời, đề tài đã nghiên cứu đặc trưng các tính chất hóa lý, các chất thái, tính chất xúc tác quang, giả xúc tác trong siêu tụ điện, sensor phát hiện nồng độ độc, tính điện cực xử lý nước nhiễm kim loại nặng, nhiễm mặn, nước thải và phát hiện khí polyester chất điện hóa. Các nghiên cứu này được thực hiện trên cơ sở vật liệu nano như Graphene oxit (GO) và vật liệu Mxene, có pha tạp, biến tính một số oxit kim loại như Cu2O, NiO, TiO2. Cụ thể:

- Tổng hợp thành công dung dịch GO từ graphite theo phương pháp biến đổi Hummers, xác định chất lượng của GO bằng các phương pháp IR, XRD, EDX, SEM, TEM, BET và tối ưu hóa độ nhớt của dung dịch GO để có độ phủ phù hợp. Kết quả này đã được công bố trên tạp chí Journal of Electroanalytical Chemistry.

- Lựa chọn được loại polyester không dệt phù hợp làm khung đỡ và phủ thành công vật liệu GO đặc trưng, và GO biến tính oxit kim loại lên bề mặt polyester, polydopamine. Nghiên cứu về các tính chất xúc tác quang phân hủy chất hữu cơ độc hại đã được công bố trên Electroanalytical và Journal Materials Science (2021).

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất đặc trưng, tính chất điện hóa của vật liệu trên cơ sở GO oxit kim loại, ứng dụng làm cảm biến lỏng, khí, điện cực xử lý nước nhiễm kim loại nặng, nhiễm mặn, nước thải. Kết quả này đã được công bố trên 4 tạp chí: Synthetic Metals; Materials Letters; Journal of Cluster Science 2021 và Journal of The Electrochemical Society.

- Đã lựa chọn được điều kiện tổng hợp vật liệu tiên tiến Mxene và composite của Mxene. Nghiên cứu các tính chất đặc trưng hóa lý, tính chất xúc tác quang H2​ và phát hiện khí độc của vật liệu. Kết quả thu được đã được công bố trên tạp chí Chemosphere.

Các kết quả nghiên cứu đánh giá của đề tài cho thấy các loại vật liệu tổng hợp trên cơ sở GO, GO@PESF, Mxene, composite Mxene đều cho tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như xúc tác quang, cảm biến lỏng, khí và điện cực khử mặn. Ngoài ra, đề tài đã bổ sung nội dung về việc tổng hợp và khảo sát ứng dụng xúc tác của vật liệu hai chiều Mxene. Lý do cho sự bổ sung này là vì Mxene, một vật liệu hai chiều chứa cacbua kim loại chuyển tiếp hoặc cacbonitrit, sở hữu những tính chất độc đáo và khả năng ứng dụng rộng rãi tương tự như Graphene/Graphene oxide. Đặc biệt, khi Mxene được chế tạo trong hệ vật liệu có cấu trúc dị thể bậc ba và gắn thêm các nano xúc tác, khả năng tạo ra các hiệu ứng sẽ được nâng cao vượt trội so với Graphene/Graphene oxide. Chính nhờ những lợi thế này, đề tài đã đề xuất và thành công trong việc thêm nội dung về Mxene, đạt được những kết quả khả quan và các kết quả đã được công bố trên các tạp chí ISI uy tín.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21083/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)