Sau nhiều năm nỗ lực nghiên cứu, các nhà khoa học cuối cùng đã tạo ra một siêu nguyên tử đồng ổn định. Đây là một đột phá hóa học được mong đợi từ lâu, có khả năng cách mạng hóa cách chúng ta xử lý khí thải carbon.

Đồng là một kim loại rẻ và phổ biến. Nhờ khả năng liên kết các nguyên tử carbon lại với nhau (tạo liên kết C-C), các nhà khoa học luôn muốn dùng nó để biến khí carbon dioxide (CO₂) thành các sản phẩm như ethylene (nguyên liệu cho nhựa và nhiên liệu). Tuy nhiên, đồng thường bị ăn mòn hoặc phân rã gần như ngay lập tức khi tiếp xúc với không khí hoặc các điều kiện công nghiệp khắc nghiệt.

Một siêu nguyên tử là một nhóm các nguyên tử hoạt động giống như một nguyên tử đơn lẻ nhưng có độ bền cao hơn. Trong nghiên cứu mới này được công bố trên Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, các nhà khoa học từ Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) đã xây dựng một cụm nano từ 45 nguyên tử đồng (Cu45).

Các nguyên tử này được sắp xếp theo cấu trúc "vỏ đóng" (closed-shell), nghĩa là các electron của chúng ở trạng thái ổn định - tương tự như các khí hiếm như neon hay argon (vốn trơ về mặt hóa học và không phản ứng với môi trường). Cụm này còn được bao bọc bởi một lớp phân tử hữu cơ bảo vệ, giúp nó không bị tan rã như những nỗ lực tạo siêu nguyên tử đồng trước đây.

Để chứng minh siêu nguyên tử này cực kỳ ổn định, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một loạt thử nghiệm vốn sẽ phá hủy đồng thông thường. Họ nhận thấy cụm nguyên tử này vẫn còn nguyên vẹn trong nước sôi, axit đậm đặc, các hóa chất mạnh và ngay cả khi bị nung nóng đến 95°C - một mức độ dẻo dai chưa từng thấy ở các cụm nano đồng trước đó.

Vì phiên bản đồng này đủ bền để tồn tại trong các điều kiện đó, các tác giả nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm điện phân để xem nó hoạt động tốt như thế nào trong vai trò chất xúc tác. Trong thí nghiệm này, họ dùng điện để phá vỡ các phân tử CO₂ để đồng có thể liên kết chúng lại thành các dạng mới. Kết quả là cụm nguyên tử này đã chuyển đổi CO₂ thành ethylene với hiệu suất trên 80%. Ethylene là một trong những hóa chất công nghiệp quan trọng nhất, được dùng trong mọi thứ từ nhựa đến nhiên liệu xanh.

"Cu45 là chất xúc tác điện hóa siêu nguyên tử đồng đầu tiên có cấu trúc rõ ràng được sử dụng để chuyển đổi CO2 thành C2H4 (ethylene), cho thấy hiệu suất vượt trội... vượt xa tất cả các chất xúc tác cụm đồng đã biết", các nhà nghiên cứu viết trong bài báo của họ.

Nhóm nghiên cứu tin rằng khám phá của họ mở ra một phương pháp mới để tạo ra các chất xúc tác đồng bền vững cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau: "Công trình này cung cấp những hiểu biết mới về thiết kế các cụm nano đồng mạnh mẽ cho các ứng dụng điện hóa, cho phép chúng được áp dụng rộng rãi hơn trong nghiên cứu và phát triển công nghệ tương lai".

P.T.T (NASTIS), theo https://phys.org/news/2026-01-highly-stable-cu-superatom-carbon.html