VINACHEM

Khai thác ánh sáng Mặt Trời để thúc đẩy các phản ứng hóa học là xu hướng công nghệ đang mở đường cho phương thức sản xuất hóa chất bền vững hơn.

Các nhà khoa học tại Đại học RMIT (Mỹ) đã phát triển một loại vật liệu với tính năng nano tăng cường, cho phép thu giữ ánh sáng với hiệu suất cao khó tin là 99% và sử dụng ánh sáng đó để thúc đẩy các phản ứng hóa học.

Không chỉ giúp giảm thiểu tác động môi trường của sản xuất hóa chất, trong tương lai sáng chế mới còn có thể được sử dụng để tạo ra những công nghệ như camera hồng ngoại tốt hơn và thiết bị khử muối của nước mặn nhờ ánh sáng Mặt Trời.

Nghiên cứu của các nhà khoa học RMIT đã đề cập đến thách thức lớn hiện nay là tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế cho sản xuất hóa chất. Sản xuất hóa chất là một trong những lĩnh vực công nghiệp tiêu tốn nhiều năng lượng nhất, chiếm khoảng 10% tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu và tạo ra 7% phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính.

Tại Mỹ, sản xuất hóa chất tiêu tốn nhiều năng lượng hơn bất cứ ngành công nghiệp nào khác, chiếm khoảng 28% tổng tiêu thụ năng lượng trong năm 2017.

Tuy quá trình quang xúc tác - quá trình sử dụng ánh sáng để thúc đẩy các phản ứng hóa học - đang được sử dụng ngày càng nhiều trong ngành sản xuất hóa chất, nhưng những vấn đề về hiệu quả và chi phí vẫn là những cản trở lớn cho việc áp dụng rộng rãi.

Phó giáo sư Daniel Gomez, người phụ trách nhóm nghiên cứu tại RMIT, cho biết công nghệ mới sẽ tăng tối đa hấp thụ ánh sáng để chuyển đổi một cách hiệu quả năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.

Từ trước đến nay, sản xuất hóa chất luôn là ngành đói năng lượng vì các quá trình phản ứng xúc tác truyền thống thường đòi hỏi phải có nhiệt độ và áp suất cao.

Nhưng hiện đang có những thách thức lớn ngăn cản sản xuất hóa chất chuyển hướng sang một tương lai bền vững hơn bằng cách tăng cường sử dụng năng lượng Mặt Trời, đó là nhiều vật liệu thích hợp cho việc thúc đẩy các phản ứng hóa học lại không đủ nhạy với ánh sáng.

Vật liệu quang xúc tác do các nhà khoa học RMIT mới phát triển có thể thu giữ 99% ánh sáng ở toàn bộ dải quang phổ. Đây là công nghệ có hiệu quả và có thể được áp dụng trên quy mô lớn, mở ra những cơ hội mới cho việc sử dụng ánh sáng Mặt Trời trong nhiều lĩnh vực, từ phát điện cho đến chuyển đổi trực tiếp năng lượng Mặt Trời thành các sản phẩm hóa chất có giá trị.

Nghiên cứu nói trên đã tập trung vào palađi - một nguyên tố rất hữu ích trong việc xúc tác các phản ứng hóa học nhưng thông thường lại không nhạy với ánh sáng.

Các nhà nghiên cứu RMIT đã thay đổi tính chất quang học của các hạt nano palađi, nhờ đó làm cho vật liệu này trở nên nhạy ánh sáng hơn nhiều.

Palađi rất hiếm và đắt, nhưng phương pháp mới nói trên chỉ sử dụng một lượng cực nhỏ vật liệu này - một lớp hạt nano palađi dày 4 nm đủ để hấp thụ 99% ánh sáng và kích thích phản ứng hóa học. Để so sánh, chúng ta biết rằng sợi tóc người dày khoảng 100.000 nm.

Ngoài sản xuất hóa chất, sáng chế mới có thể được phát triển tiếp cho các ứng dụng tiềm năng khác như công nghệ chụp ảnh ban đêm nhờ tạo ra hình ảnh nhạy ánh sáng hơn và rõ ràng hơn.

Một ứng dụng tiếp theo của palađi nano là khử muối của nước biển. Vật liệu xúc tác nano này có thể được đưa vào nước muối đang chiếu ánh sáng Mặt Trời, nó sẽ tạo ra đủ năng lượng làm sôi và bay hơi nước, qua đó tách muối ra khỏi nước.

HS

Theo ScienceDaily, 2/2019