Một vũng chất xúc tác gali và bạch kim lỏng được
sử dụng trong nghiên cứu mới (Ảnh: Tiến sĩ Arifur Rahim, UNSW Sydney)Bạch kim là một chất xúc tác mạnh mẽ cho nhiều phản ứng
khác nhau, được sử dụng phổ biến nhất trong pin nhiên liệu và trong các bộ chuyển
đổi xúc tác để làm sạch khí thải xe cộ. Tuy nhiên, vấn đề là nó là một trong những
kim loại hiếm và đắt nhất trên trái đất, hạn chế phạm vi các thiết bị có sử dụng
chất xúc tác bạch kim. Do đó, các nhà khoa học đã và đang thử nghiệm những cách
mới để giảm lượng bạch kim cần thiết cho các thiết bị đó hay thậm chí loại bỏ
hoàn toàn.
Nay, các nhà nghiên cứu ở Úc đã tìm ra một phương pháp mới
để giảm đáng kể lượng bạch kim cần dùng cho các phản ứng này. Thay vì cố định
các nguyên tử bạch kim vào một ma trận rắn, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách để
lơ lửng chúng trong một chất lỏng, làm cho nó hiệu quả hơn và có thể tái sử dụng.
Đầu tiên, bạch kim được hòa tan vào gali ở nhiệt độ khoảng
300 °C trong vài giờ. Sau đó, khi hỗn hợp nguội đi, nó sẽ trở thành vật liệu xúc
tác ở trạng thái lỏng trên nhiệt độ nóng chảy thấp của gali là 29,8 °C, tương đương
nhiệt độ phòng vào một ngày ấm áp. Nhiệt độ đó thấp hơn nhiều so với nhiệt độ
nóng chảy thông thường của bạch kim là 1.768 °C.
Vật liệu thu được sở hữu một số đặc tính đáng ngạc nhiên.
Nó có thể thực hiện cả phản ứng ôxy hóa và phản ứng khử, các phản ứng mà ở đó ôxy
được thêm hoặc bớt khỏi một chất. Ngay cả khi bạch kim chỉ chiếm 0,0001% số
nguyên tử trong hợp kim, chất xúc tác lỏng vẫn hiệu quả hơn 1000 lần so với chất
xúc tác rắn chứa 10% bạch kim. Tốt hơn nữa, các sản phẩm phụ không tích tụ trên
chất xúc tác và giảm tác động của nó như đối với chất rắn.
Khi kiểm tra kỹ hơn chất xúc tác lỏng, nhóm nghiên cứu nhận
thấy rằng không có 2 nguyên tử nào của bạch kim tiếp xúc với nhau - chúng vẫn
phân tán khắp gali. Thật kỳ lạ, bạch kim dường như đang tạo ra ảnh hưởng của nó
lên gali xung quanh, tạo hiệu ứng chất xúc tác.
Mô hình phân tử của chất xúc tác kim loại lỏng
– các viên cầu đỏ đại diện cho nguyên tử bạch kim trong khi các viên xám là
gali (Ảnh: Tiến sĩ Arifur Rahim, UNSW Sydney)
Đồng tác giả của nghiên cứu Tiến sĩ Andrew Christofferson cho
biết: “Bạch kim thực sự nằm dưới bề mặt một chút và nó đang kích hoạt các
nguyên tử gali xung quanh. Vì vậy, điều kỳ diệu đang xảy ra trên gali dưới tác
động của bạch kim. Nhưng nếu không có bạch kim ở đó, điều đó sẽ không xảy ra.
Điều này hoàn toàn khác với bất kỳ chất xúc tác nào khác mà ai đó từng chỉ ra
mà tôi biết”.
Nhóm nghiên cứu cho biết kỹ thuật mới chứng minh một cách để
mở rộng nguồn cung cấp bạch kim eo hẹp của chúng ta hơn nữa, cho phép sử dụng một
lượng nhỏ hơn rất nhiều để đạt các hiệu ứng xúc tác tương tự hoặc thậm chí mạnh
hơn. Điều này cũng sẽ làm giảm chi phí, cho phép các chất xúc tác hiệu quả được
sử dụng rộng rãi hơn.
Nhưng những lợi ích vượt ra ngoài bạch kim - nhóm nghiên cứu
cho biết loại chất xúc tác kim loại lỏng này có thể được thử nghiệm với hơn
1.000 kiểu kết hợp khả dĩ của các nguyên tố, tạo ra nhiều phản ứng khác nhau.
Điều tra những kiểu kết hợp này sẽ là trọng tâm của công trình trong tương lai.
LH (New Atlas)