Trong tạp chí Angewandte
Chemie, các nghiên cứu gia đến từ Trường Đại học Illinois ở Urbana-Champaign
báo cáo về một vật liệu điện xúc tác được tạo ra từ việc pha trộn các hợp chất
kim loại với một chất có tên là axit perchloric.
Máy điện phân sử dụng điện để
phá vỡ các phân tử nước thành oxy và hydro. Những thiết bị này sử dụng các axit
gặm mòn và các vật liệu điện cực được làm từ các hợp chất kim loại iriddi oxit
hoặc ruteni oxit. Iriddi oxit bền vững hơn ruteni oxit, nhưng iriddi là một
trong những nguyên tố hiếm hoi nhất trên Trái Đất này, vì thế các nghiên cứu gia
đang tìm kiếm vật liệu thay thế.
“Nhiều công trình nghiên cứu
trước đây được thực hiện bằng máy điện phân chỉ được làm từ hai nguyên tố -- một
kim loại và oxy”, giáo sư Hong Yang đến từ Trường Đại học Illinois cho biết.
“Trong một nghiên cứu gần đây, chúng tôi nhận thấy rằng nếu một hợp chất có hai
nguyên tố kim loại – ytri và ruteni – và oxy thì tỷ lệ phản ứng tách nước gia
tăng”.
Các nghiên cứu gia nhận thấy
rằng khi họ sử dụng axit perchloric làm chất xúc tác và để hỗn hợp này phản ứng
dưới sức nóng, tính vật lý của sản phẩm ytri và ruteni thay đổi.
“Chất liệu trở nên xốp hơn và
còn có cấu trúc tinh thể mới, khác với tất cả những chất xúc tác rắn mà chúng
tôi tạo ra trước đây”, tác giả dẫn đầu nghiên cứu Jaemin Kim cho biết. Chất liệu
xốp mới mà nhóm nghiên cứu tạo ra – một loại oxit pyrochlore của ytri ruteni –
có thể tách các phân tử nước ở tỷ lệ cao hơn mức tiêu chuẩn công nghiệp hiện
nay.
Đồng tác giả Yang Qin và nhóm
nghiên cứu quan sát cấu trúc của chất liệu mới này bằng kính hiển vi điện tử và
nhận thấy rằng chất liệu này xốp hơn gấp bốn lần so với ytri ruteni gốc mà họ
tạo ra trong một nghiên cứu trước đây, và gấp ba lần so với các oxit iriddi và
ruteni được sử dụng ngoài thị trường.
“Thật ngạc nhiên khi thấy axit
mà chúng tôi chọn làm chất xúc tác cho phản ứng này hóa ra lại cải thiện cấu
trúc của chất liệu được sử dụng cho các điện cực”, Yang phát biểu. “Điều này
thật ngẫu nhiên và rất có giá trị đối với chúng tôi”.
Bước tiếp theo cho nhóm nghiên
cứu là chế tạo một thiết bị trong phạm vi phòng thí nghiệm để nghiên cứu thêm và
để tiếp tục cải thiện tính bền vững của chất liệu này trong các môi trường axit,
Yang cho biết.
Sinh viên tốt nghiệp Pei-Chieh
Shih, Zaid Al-Bardanand và nghiên cứu gia Cheng-Jun Sun đến từ Phòng Thí nghiệm
Quốc gia Argonne cũng góp phần vào nghiên cứu này.
AT (Science Daily)