Các nhà nghiên cứu đã phát triển chất xúc tác nano bạch kim tiên tiến giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất hydro. Chất xúc tác lai đột phá này có hoạt tính và độ ổn định cao hơn và dự kiến sẽ được sử dụng trong các phương tiện chạy bằng hydro. Dữ liệu từ Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Hàn Quốc cho thấy đến năm 2022, sẽ có khoảng 30.000 phương tiện chạy bằng hydro được đăng ký tại Hàn Quốc, tăng gấp ba lần so với năm 2018. Tuy nhiên, Hàn Quốc chỉ có 135 trạm tiếp nhiên liệu hydro.
Để hydro được sử dụng dễ dàng hơn trong các phương tiện giao thông và được công nhận là nguồn năng lượng thay thế đáng tin cậy, chi phí sản xuất hydro phải giảm và khả năng kinh tế của nó phải được đảm bảo. Trọng tâm của mục tiêu này là tối ưu hóa hiệu quả của quá trình điện phân-hydro, tạo ra khí hydro từ nước.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu gồm có Giáo sư InSuLee, Giáo sư nghiên cứu SoumenDutta và ByeongSuGu thuộc Khoa Hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH) đã cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất hydro, một năng lượng xanh, bằng cách phát triển chất xúc tác nano bạch kim.
Họ đã đạt được kỳ tích này bằng cách lắng đọng dần hai kim loại khác nhau. Phát hiện của họ đã được công bố trên Angewandte Chemie, một tạp chí có uy tín cao dành riêng cho lĩnh vực hóa học.
Việc lắng đọng có chọn lọc các vật liệu khác nhau, có kích thước trong phạm vi nanomet, tại các vị trí cụ thể trên bề mặt chất xúc tác đặt ra những thách thức đáng kể. Sự lắng đọng ngẫu nhiên có thể chặn các vị trí hoạt động của chất xúc tác hoặc cản trở chức năng của nhau. Vấn đề nan giải này ngăn cản sự lắng đọng đồng thời của niken và palladium trên một vật liệu. Niken chịu trách nhiệm kích hoạt quá trình phân tách nước, trong khi paladi tạo điều kiện cho việc chuyển đổi các ion hydro thành phân tử hydro.
Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một lò phản ứng nano mới cho phép kiểm soát tốt vị trí của kim loại lắng đọng trên các tinh thể nano phẳng hai chiều. Ngoài ra, họ còn thiết kế một quy trình lắng đọng mịn có kích thước nano cho phép các vật liệu khác nhau phủ lên các mặt khác nhau của tinh thể nano bạch kim hai chiều. Phương pháp mới này đã phát triển vật liệu xúc tác lai ba kim loại "bạch kim-niken-palađi". Thông qua quá trình lắng đọng liên tục, các màng nano palađi và niken lần lượt che phủ có chọn lọc các mặt phẳng và cạnh của tinh thể nano bạch kim hai chiều.
Chất xúc tác lai có các giao diện niken/bạch kim và paladi/bạch kim độc đáo, được sử dụng để thúc đẩy quá trình tách nước và tạo ra phân tử hydro tương ứng. Do đó, sức mạnh tổng hợp của hai quá trình khác nhau này giúp cải thiện đáng kể hiệu quả của quá trình tạo ra điện phân-hydro.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt tính xúc tác của chất xúc tác nano lai ba kim loại tăng 7,9 lần so với chất xúc tác cacbon bạch kim truyền thống. Ngoài ra, chất xúc tác mới này có độ ổn định vượt trội và duy trì hoạt tính xúc tác cao ngay cả sau thời gian phản ứng lên tới 50 giờ. Điều này giải quyết vấn đề can thiệp hoặc va chạm chức năng giữa các giao diện không đồng nhất.
Giáo sư InSuLee, người đứng đầu nghiên cứu, bày tỏ sự lạc quan: "Chúng tôi đã phát triển thành công giao diện không đồng nhất hài hòa được hình thành trên các vật liệu lai và vượt qua các thách thức trong quy trình. Tôi hy vọng rằng kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển vật liệu xúc tác phản ứng hydro."