Nhóm nghiên cứu tại Đại học Liverpool đã chế tạo được lò phản ứng nano hybrid sử dụng ánh nắng mặt trời để sản xuất hydro hiệu quả, cung cấp một giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm chi phí cho các chất xúc tác quang truyền thống.

Trong khi các hệ thống quang hợp tự nhiên khai thác hiệu quả ánh nắng mặt trời, thì các hệ thống nhân tạo trước đây không làm được điều đó. Cách tiếp cận mới đối với quang xúc tác nhân tạo là bước tiến lớn trong việc thu hẹp khoảng cách hiệu suất đó.

Lò phản ứng nano hybrid là sản phẩm có sự kết hợp theo cách mới giữa vật liệu sinh học và vật liệu tổng hợp. Lò kết hợp các lớp vỏ α-carboxysome tái tổ hợp - các ngăn vi mô tự nhiên từ vi khuẩn - với chất bán dẫn hữu cơ vi xốp. Lớp vỏ carboxysome này bảo vệ các enzyme hydrogenase nhạy cảm, có hiệu quả cao trong việc sản xuất hydro nhưng dễ bị oxy vô hiệu hóa. Lớp vỏ bọc enzyme đảm bảo cho lò hoạt động hiệu quả liên tục. Bên cạnh đó, chất bán dẫn hữu cơ vi xốp hoạt động như một ăng-ten thu ánh sáng. Chất bán dẫn này hấp thụ ánh sáng khả kiến ​​và truyền các exciton thu được đến chất xúc tác sinh học, thúc đẩy quá trình sản xuất hydro.

GS. Luning Liu, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Bằng cách mô phỏng các cấu trúc và chức năng phức tạp của quá trình quang hợp tự nhiên, chúng tôi đã tạo ra một lò phản ứng nano hybrid kết hợp hiệu suất hấp thụ ánh sáng phổ rộng và tạo ra exciton của vật liệu tổng hợp với sức mạnh xúc tác của các enzyme sinh học. Sự kết hợp này cho phép sản xuất hydro thông qua sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng duy nhất”.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng với tiềm năng loại bỏ sự phụ thuộc vào các kim loại quý đắt tiền như bạch kim, cung cấp một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí cho các chất xúc tác quang tổng hợp truyền thống trong khi vẫn đạt được hiệu quả tương đương. Bước đột phá này không chỉ giúp sản xuất hydro bền vững mà còn hướng đến cho các ứng dụng công nghệ sinh học phạm vi rộng hơn.

GS. Andy Cooper, một trong số các tác giả nhấn mạnh phát hiện nghiên cứu sẽ mở đường cho hoạt động chế tạo các lò phản ứng nano mô phỏng sinh học với nhiều ứng dụng trong năng lượng sạch và kỹ thuật enzyme, góp phần vào tương lai trung hòa carbon.

N.P.D (NASATI), theo Scitechdaily, 1/2025