Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas ở Austin (UT Austin) đã tạo ra các kênh màng nhân tạo để tách có chọn lọc các nguyên tố đất hiếm quan trọng. Đây là bước tiến giúp quá trình chiết tách sạch, hiệu quả hơn và giảm phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu đất hiếm đắt đỏ.

Kỹ thuật mới cho phép thu hồi đất hiếm từ những nguồn trước đây khó hoặc không hiệu quả khi khai thác, qua đó góp phần giải quyết thách thức chuỗi cung ứng trong bối cảnh căng thẳng thương mại toàn cầu leo thang.

GS. Manish Kumar, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Đất hiếm là xương sống của công nghệ hiện đại, nhưng việc khai thác và tinh chế chúng tiêu tốn nhiều năng lượng và rất khó triển khai ở quy mô lớn. Chúng tôi muốn thay đổi điều đó thông qua lấy cảm hứng từ thế giới tự nhiên”.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Nano mô tả cách nhóm nghiên cứu thiết kế các kênh màng nhân tạo, những lỗ cực nhỏ trong màng, mô phỏng hệ thống vận chuyển có chọn lọc các protein tự nhiên trong sinh vật sống. Trong sinh học, các kênh này định hướng cho dòng ion di chuyển giữa các tế bào.

Các kênh nhân tạo này sử dụng phiên bản biến đổi của cấu trúc pillararene để tăng khả năng liên kết và chặn các ion phổ biến, đồng thời vận chuyển các ion đất hiếm trung bình như europi (Eu³⁺) và terbi (Tb³⁺). Tuy nhiên, hệ thống ngăn chặn các ion như kali, natri và canxi.

Đất hiếm được chia thành loại nhẹ, trung bình và nặng; trong đó nhóm trung bình rất quan trọng cho các thiết bị chiếu sáng, màn hình, nam châm cho các công nghệ năng lượng xanh như tuabin gió và pin xe điện. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Ủy ban châu Âu xếp europi và terbi vào nhóm vật liệu có nguy cơ cao bị gián đoạn nguồn cung, với nhu cầu dự báo tăng hơn 2.600% vào năm 2035.

Kết quả thí nghiệm cho thấy các kênh có khả năng chọn lọc đáng kể: ưu tiên europi gấp 40 lần so với lanthani (đất hiếm nhẹ) và 30 lần so với ytterbi (đất hiếm nặng). Đây là mức cao hơn rất nhiều so với các phương pháp truyền thống dựa trên dung môi, cần hàng chục công đoạn mới đạt được mức tương tự. Thông qua mô phỏng máy tính, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra độ chọn lọc này đến từ tương tác đặc biệt giữa ion đất hiếm và nước trong kênh – cách các phân tử nước bao quanh và tương tác với ion giúp kênh phân biệt chúng.

Các tác giả hy vọng công nghệ sẽ được tích hợp vào hệ thống màng quy mô công nghiệp để tách ion bằng năng lượng sạch ngay tại Mỹ. Bên cạnh đó, nhóm cũng đang phát triển nền tảng cho phép lựa chọn nhiều loại ion khác nhau, bao gồm lithium, cobalt, gallium và nickel.

N.P.D (NASTIS), theo Scietechdaily, 12/2025