Nanocompozit hydrogel mới được phát triển để sản xuất hàng loạt hydro

27 Tháng Tư, 2023 (Tin tức Nanowerk) Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư HYEON Taeghwan dẫn đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nano thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS) ở Seoul, Hàn Quốc đã phát triển một nền tảng quang xúc tác mới để sản xuất hàng loạt hydro. Nghiên cứu của nhóm về nền tảng quang xúc tác đã dẫn đến sự phát triển của ma trận xúc tác quang có thể nổi, cho phép phản ứng tạo ra hydro hiệu quả với những ưu điểm rõ ràng so với các nền tảng sản xuất hydro thông thường như các loại màng hoặc bảng điều khiển. Nghiên cứu đã được xuất bản trong Công nghệ nano tự nhiên (“Floatable photocatalytic hydrogel nanocomposites for large-scale solar hydrogen production”). A. Nền xúc tác quang nổi bao gồm các cấu trúc lớp kép, lớp xúc tác quang và lớp hỗ trợ. B. Cấu trúc xốp của nền tảng. C. Cấu trúc xốp của nền có khả năng nổi. (Ảnh: Viện Khoa học cơ bản) Tầm quan trọng của năng lượng thay thế gần đây đã tăng lên trước những thách thức toàn cầu như ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu. Trong số một số ứng cử viên cho các nguồn năng lượng thay thế, năng lượng hydro được thu hoạch bằng quang xúc tác được đặc biệt nhấn mạnh để sản xuất năng lượng xanh bền vững. Theo đó, nhiều nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện để nâng cao hiệu quả phản ứng nội tại của chất xúc tác quang. Tuy nhiên, nghiên cứu về yếu tố hình thức của các hệ thống quang xúc tác, vốn rất quan trọng đối với ứng dụng thực tế và thương mại hóa của chúng, vẫn chưa được khám phá tích cực. Thông thường, các hệ thống hiện tại cố định bột xúc tác hoặc hạt nano lên các bề mặt khác nhau, chẳng hạn như nền tảng dạng tấm, dạng màng và dạng phẳng chìm dưới nước. Họ cũng phải đối mặt với các vấn đề thực tế như lọc chất xúc tác, truyền khối kém và phản ứng ngược. Họ cũng yêu cầu các thiết bị bổ sung để tách và thu hydro được tạo ra từ nước, điều này làm tăng thêm độ phức tạp của thiết bị và tăng chi phí. Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nano thuộc IBS, do Giáo sư Hyeon đứng đầu, đã thiết kế một loại nền tảng quang xúc tác mới nổi trên mặt nước để sản xuất hydro hiệu quả. Nền tảng mới này có cấu trúc hai lớp, bao gồm lớp xúc tác quang phía trên và lớp hỗ trợ phía dưới (Hình 1A). Cả hai lớp đều bao gồm một loại polyme cấu trúc xốp tạo ra sức căng bề mặt cao cho bệ (Hình 1B). Ngoài ra, nền tảng này được chế tạo dưới dạng cryo aerogel, một chất rắn chứa đầy khí bên trong, thể hiện mật độ thấp. Kết quả là, chất đàn hồi này-hydrogel được nhúng chất xúc tác quang có thể nổi trên mặt nước (Hình 1C). Nền tảng này thể hiện những ưu điểm rõ ràng trong phản ứng tiến hóa hydro xúc tác quang: thứ nhất, ngăn cản sự suy giảm ánh sáng bởi nước, dẫn đến chuyển đổi năng lượng mặt trời hiệu quả. Thứ hai, sản phẩm, khí hydro, có thể dễ dàng khuếch tán vào không khí, tránh phản ứng oxy hóa ngược và duy trì hiệu suất phản ứng cao. Thứ ba, nước có thể dễ dàng được cung cấp cho các chất xúc tác nằm bên trong ma trận hydrogel đàn hồi do tính xốp của nó. Cuối cùng, các chất xúc tác được cố định ổn định bên trong ma trận để hoạt động lâu dài mà không gặp vấn đề rò rỉ. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh bằng thực nghiệm hiệu suất tiến hóa hydro vượt trội của nền tảng nổi so với nền tảng chìm thông thường. Hơn nữa, khả năng mở rộng của nền tảng, điều cần thiết cho quá trình công nghiệp hóa tiềm năng, cũng đã được chứng minh dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên. Người ta đã xác nhận rằng khoảng 80 mL hydro có thể được tạo ra bởi nền tảng xúc tác quang có thể nổi sử dụng chất xúc tác đơn nguyên tử đồng và titania với diện tích 1 m2. Ngay cả sau 2 tuần hoạt động trong nước biển có chứa nhiều vi sinh vật và vật chất trôi nổi khác nhau, hiệu suất tạo ra hydro của nền tảng vẫn không bị ảnh hưởng. Giáo sư Kim nói: “Nền tảng được đề xuất thậm chí có thể sản xuất hydro từ các dung dịch hòa tan rác thải sinh hoạt, chẳng hạn như chai polyetylen terephthalate. Do đó, nền tảng này có thể là một giải pháp tái chế chất thải, góp phần tạo nên một xã hội thân thiện với môi trường.” Đáng chú ý, nghiên cứu này trình bày một nền tảng tổng quát cho quá trình quang xúc tác hiệu quả không chỉ giới hạn trong sản xuất hydro. Có thể thay thế thành phần xúc tác cho nhiều mục đích sử dụng mong muốn khác nhau mà không làm thay đổi đặc tính vật liệu aerogel có thể nổi của toàn bộ nền tảng. Điều này đảm bảo khả năng ứng dụng rộng rãi của nền tảng cho các phản ứng quang xúc tác khác, chẳng hạn như phản ứng tạo ra oxy, sản xuất hydro peroxide và tạo ra các hợp chất hữu cơ khác nhau. “Nghiên cứu này đạt được tiến bộ lớn trong lĩnh vực quang xúc tác và cho thấy tiềm năng sản xuất hydro xanh trên biển với hiệu suất đẳng cấp thế giới. Các tính năng vật liệu đặc biệt, hiệu suất cao và khả năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quang xúc tác của nền tảng của chúng tôi chắc chắn sẽ mở ra một chương mới về năng lượng thay thế,” Giáo sư Hyeon nhận xét.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62908.php