IIT Guwahati Phát triển Vật liệu cho Nhiên liệu Hydro và Khử mặn Nước

(MENAFN- AsiaNet News)

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Ấn Độ Guwahati đã phát triển một vật liệu mới có thể tạo ra nhiên liệu hydro thông qua quá trình điện phân nước. Mặc dù tổng thể quá trình phân tách nước yêu cầu điện thế nhiệt động là 1,23 V, vật liệu này thể hiện một điện áp vượt quá thấp của phản ứng sinh hydro (HER) chỉ 12 mV, vượt trội hơn điện cực Pt/C thương mại, qua đó làm nổi bật hiệu suất điện xúc tác xuất sắc của nó.

Ngoài ra, cùng vật liệu này còn được chứng minh có khả năng hỗ trợ quá trình khử muối nước biển bằng năng lượng mặt trời. Các phát hiện của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí danh tiếng Advanced Functional Materials, trong một bài báo đồng tác giả của Prof PK Giri, Giảng viên Khoa Vật lý, cùng các học giả nghiên cứu của ông là Koushik Ghosh và Sanjoy Sur Roy tại IIT Guwahati.

Nhu cầu về các giải pháp bền vững

Thứ nhất liên quan đến thiệt hại môi trường ngày càng tăng do sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Hydro thường được gọi là nhiên liệu sạch vì khi sử dụng, nước là sản phẩm phụ duy nhất và không phát sinh CO2. Tuy nhiên, phần lớn hydro hiện nay được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Điều này đặt ra nhu cầu về các quy trình và vật liệu bền vững hơn để thu nhận và sản xuất hydro.

Thứ hai là vấn đề thiếu hụt nước uống an toàn. Để giải quyết, khử muối nước biển có thể là một phương án. Tuy nhiên, đây là một phương pháp đắt đỏ. Việc sử dụng năng lượng mặt trời cho quá trình khử muối có thể là một giải pháp tiết kiệm chi phí.

Chất xúc tác dựa trên MXene mới

Đáp lại, nhóm nghiên cứu tại IIT Guwahati đã phát triển một chất xúc tác dựa trên MXene có khả năng sản xuất hydro hiệu quả từ nước và đồng thời hoạt động như một chất xúc tác quang để khử muối. MXene là nhóm vật liệu hai chiều nổi tiếng với các đặc tính như dẫn điện cao. Tuy nhiên, các MXene phổ biến có diện tích bề mặt hoạt động tương đối thấp, hạn chế hiệu suất xúc tác của chúng.

Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu đã biến đổi vật liệu thành các cấu trúc siêu mỏng, dạng dây ruy băng để cải thiện vận chuyển điện tích và tăng diện tích bề mặt hoạt động sẵn có. Họ cũng đưa các nguyên tử Ruthenium vào các vị trí trống oxy trong vật liệu đã được chế tạo để nâng cao hiệu suất xúc tác hơn nữa. Sự kết hợp này được cho là tăng cường tương tác giữa kim loại và vật liệu nền, dẫn đến hoạt động xúc tác được cải thiện rõ rệt.

Nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện mô hình tính toán tiên tiến để hiểu cách các chỉnh sửa ở cấp độ nguyên tử này góp phần vào hiệu suất nâng cao. Trong các thí nghiệm, nhóm nhận thấy vật liệu được chế tạo có khả năng xúc tác phản ứng sinh hydro một cách hiệu quả khi cung cấp một lượng năng lượng nhỏ bổ sung. Vật liệu thể hiện hiệu suất tốt hơn dưới ánh sáng mô phỏng nhờ khả năng chuyển đổi quang nhiệt xuất sắc và duy trì độ ổn định trong thời gian dài, với sự giảm sút hiệu suất tối thiểu.

Nói về các phát hiện của nghiên cứu, Prof Giri cho biết, “Vật liệu lớp hai chiều MXene là một vật liệu kỳ diệu với nhiều ứng dụng đa chức năng. Nghiên cứu này thể hiện sự phát triển bền vững của năng lượng hydro sạch và giải pháp nước uống nhờ kỹ thuật chỉnh sửa khuyết tật của MXene siêu mỏng. Nhờ hiệu suất cao và độ ổn định được cải thiện, vật liệu phát triển có tiềm năng ứng dụng thương mại.”

Ứng dụng trong khử muối nước biển

Trong phần thử nghiệm, các MXene đã được tích hợp vào một cấu trúc ba chiều đặc biệt gọi là bộ bay hơi Janus. Thiết bị này nổi trên mặt nước và giảm thiểu tổn thất năng lượng bằng cách chỉ làm nóng lớp bề mặt. Dưới điều kiện ánh sáng mặt trời tiêu chuẩn, nó đạt tốc độ bay hơi khoảng 3,2 kg/m2/h.

Hệ thống đã được thử liên tục trong năm ngày trong nước muối mà không có sự kết tủa muối. Hệ thống loại bỏ hiệu quả muối và các chất ô nhiễm khác, tạo ra nước phù hợp cho tiêu dùng theo tiêu chuẩn chất lượng nước quốc tế.

Các phát hiện này cho thấy tiềm năng của hệ thống đa chức năng này trong việc hỗ trợ khử muối năng lượng mặt trời cũng như sản xuất hydro bền vững hơn để sử dụng trong vận chuyển, công nghiệp và lưu trữ năng lượng. (ANI)

(Ngoại trừ tiêu đề, bài viết này chưa được chỉnh sửa bởi đội ngũ Asianet Newsable English và được đăng từ nguồn tin hợp tác.)