Một nhóm nghiên cứu do Đại học Rice dẫn đầu đã tìm ra cách các cấu trúc phân tử cực nhỏ trên chất xúc tác công nghiệp vận hành trong quá trình sản xuất Vinyl Acetate Monomer (VAM) - một thành phần cốt lõi trong keo dán, sơn, chất phủ, bao bì, dệt may và nhiều sản phẩm thiết yếu khác.

 

Bằng cách công bố cách các cụm phân tử (trimers và dimers) palladium-acetate biến đổi trong điều kiện phản ứng và kiểm soát hiệu suất chất xúc tác, công trình này mở đường cho các thiết kế chất xúc tác giúp cắt giảm năng lượng, giảm phát thải carbon và làm cho việc sản xuất VAM toàn cầu sạch hơn, đáng tin cậy hơn.

Giáo sư Michael Wong cho biết: "Vinyl acetate đóng vai trò nền tảng trong nền kinh tế vật liệu hiện đại, vì vậy một cải tiến nhỏ về hiệu suất cũng có thể tạo ra lợi ích lớn về môi trường và kinh tế. Hiểu được hành vi của các loài palladium-acetate này sẽ giúp ngành công nghiệp thiết kế chất xúc tác ít tiêu tốn năng lượng hơn, tạo ra ít rác thải hơn và sản xuất ổn định hơn trong dài hạn".

Nghiên cứu, đã được công bố trên Nature Communications gần đây, được thực hiện cùng với Tập đoàn Celanese và các đối tác. VAM được tạo ra bằng cách cho ethylene, oxy và axit acetic phản ứng trên chất xúc tác palladium-vàng. Các nhà khoa học đã mô phỏng và theo dõi chúng dưới các điều kiện phản ứng thực tế bằng kỹ thuật tia X và hiển vi điện tử tiên tiến.

Họ chỉ ra rằng Kali Acetate giúp ổn định các cụm phân tử palladium-acetate nhất định và thay đổi cách chúng chuyển đổi thành các hạt nano palladium kim loại. Khi các hạt nano này duy trì kích thước nhỏ và phân tán tốt, chất xúc tác sẽ hoạt động hiệu quả hơn và tăng độ "chọn lọc" cho VAM, giúp giảm các phản ứng phụ gây lãng phí nguyên liệu (vốn thường tạo ra khí CO2).

Tiến sĩ Hunter Jacobs cho biết việc tinh chỉnh các cấu trúc phân tử này có thể thay đổi đáng kể cách chất xúc tác sử dụng năng lượng và lượng sản phẩm thu được. Welman Curi-Elias nói thêm rằng nghiên cứu này thay đổi cách nhìn của các nhà hóa học: những cấu trúc (trimers/dimers) từng bị coi là "vô dụng" hoặc dấu hiệu hỏng hóc thực chất lại là những "mắt xích quan trọng" điều phối sự hình thành hạt nano.

Chất xúc tác VAM cải tiến mang lại hàng loạt lợi ích: tiêu thụ ít năng lượng hơn trong sản xuất quy mô lớn, ít rác thải và khí nhà kính hơn, thiết bị bền hơn và giá thành sản phẩm tiêu dùng ổn định hơn. Giáo sư Wong nhấn mạnh: "Mỗi mức tăng trong độ chọn lọc đồng nghĩa với việc ít nguyên liệu thô bị đốt cháy thành CO2 hơn và có thêm nhiều sản phẩm hữu ích".

Đối với Celanese, kết quả này cung cấp một "lộ trình khoa học" để sản xuất bền vững. Ông Kevin Fogash chia sẻ: "Nếu chúng ta sản xuất cùng một lượng VAM nhưng dùng ít năng lượng hơn, ít rác thải hơn và ít phải dừng máy hơn, điều đó có lợi cho cả khách hàng, cộng đồng và môi trường".

Công việc tính toán của nhóm cho thấy các cấu trúc phân tử này đóng vai trò như những "chỉ số nhạy cảm" về sức khỏe của chất xúc tác và là hướng dẫn để thiết kế các hệ thống thế hệ mới.

"Giờ đây chúng ta đã có một bức tranh ở cấp độ phân tử gắn liền trực tiếp với các chỉ số mà ngành công nghiệp quan tâm: hiệu suất, sự ổn định và dấu chân môi trường", Wong kết luận.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/, 2/2026