Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) vừa công bố kết quả nghiên cứu chế tạo “lá nhân tạo” cho phép điều chế nhiên liệu H2 từ nước và ánh sáng mặt trời với hiệu suất 1.9% trên tạp chí của Hội hóa học Mỹ (Journal of the American Chemical Society). Đây là một trong những tạp chí khoa học uy tín hàng đầu trong lĩnh vực Hóa học, ra đời năm 1879 của Hiệp hội Hóa học Mỹ với chỉ số Impact Factor: 15.42.  

“Lá nhân tạo” do nhóm nghiên cứu tại USTH chế tạo

Hiện nay, nhiên liệu được sử dụng phổ biến là nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu và khí tự nhiên). Tuy nhiên, nhiên liệu này khi đốt thải ra khí CO2, nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu. Việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu thay thế thân thiện với môi trường đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. 

Ánh sáng mặt trời được xem là nguồn năng lượng sạch và vô cùng dồi dào từ thiên nhiên. “Bắt chước” cơ chế quang hợp của lá cây tự nhiên, nhóm các nhà nghiên cứu thuộc USTH (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Phòng thí nghiệm Hóa học và Sinh học Kim loại (Trung tâm và Năng lượng nguyên tử và Năng lượng thay thế CEA - Grenoble, Pháp) đã hợp tác nghiên cứu chế tạo “lá nhân tạo”- một thiết bị có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học tích trữ trong nhiên liệu Hydro (H2) thông qua quá trình quang phân tách nước. Nhiên liệu H2 sau đó có thể được lưu trữ, vận chuyển và sử dụng trong các pin nhiên liệu. Sản phẩm của quá trình sử dụng nhiên liệu này chỉ là nước, do vậy không gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này đã được nhóm bắt đầu triển khai tại USTH từ năm 2015.

Để có thể ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, nâng cao hiệu suất tạo H2 cũng như kéo dài “tuổi thọ” của lá nhân tạo đang là bài toán khó đặt ra cho các nhóm nghiên cứu không chỉ tại USTH mà còn tại nhiều quốc gia.  

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí của Hội hóa học Mỹ (Journal of the American Chemical Society) ngày 27/5/2022, “lá nhân tạo” CoWO|ITO|3jn-Si|Steel|CoWS được tạo thành khi nhúng một tấm pin mặt trời ITO|3jn-Si|Steel trong dung dịch [Co(WS4)2]2- và chiếu sáng nó bởi ánh sáng 1 Sun. Pin mặt trời hấp thụ ánh sáng, tạo ra năng lượng cần thiết phân hủy [Co(WS4)2]2- tạo 2 lớp xúc tác CoWO và CoWS lắng đọng lên mặt trước và mặt sau của Pin mặt trời, hoàn thành cấu trúc “lá nhân tạo” CoWOITO3jn-SiStellCoWS mong muốn. Trong dung dịch pH7, “lá nhân tạo” này cho hiệu suất tạo H2 đạt 1.9%. 

Công bố trên Journal of the American Chemical Society

Cũng trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công kỹ thuật xác định lỗi của “lá nhân tạo” để từ đó “bắt bệnh” tìm ra nguyên nhân sai hỏng và đưa ra phương pháp bảo vệ, kéo dài “tuổi thọ” của thiết bị này.

Theo PGS. TS. Trần Đình Phong, Trưởng nhóm nghiên cứu, sau khi được lắp ráp hoàn chỉnh, việc xác định cơ chế hoạt động, tìm kiếm các điểm nghẽn, hay nguyên nhân gây ra sai hỏng của “lá nhân tạo” là rất khó khăn. Phương pháp mới mà nhóm nghiên cứu phát triển sử dụng đồng thời 2 hoặc 3 potentiostat (máy đo điện hóa) có ý nghĩa đột phá góp phần giải quyết vấn đề mà các nhóm nghiên cứu về “lá nhân tạo” trên thế giới đang phải đối mặt. Từ những hiểu biết về các lỗi phát sinh ở “lá nhân tạo”, các nhà khoa học có thể đưa ra phương pháp xử lý, để bảo vệ và kéo dài tuổi thọ của nó.

P.A.T (Tổng hợp)