​

“Chúng tôi đã phát hiện kim loại xúc tác đầu tiên mà có thể sản xuất ra lượng ethanol có thể thấy rõ được từ monoxit cacbon ở nhiệt độ và áp suất phòng – đây là 1 phản ứng hóa nhiệt cực kỳ khó”, giáo sư phụ tá Matthew Kanan đến từ Trường Đại học Stanford cho biết.

Hầu hết ethanol ngày nay đều được sản xuất tại các cơ sở lên men ở nhiệt độ phòng, các cơ sở này biến bắp, mía và nhiều loại cây khác thành nhiên liệu lỏng. Nhưng việc trồng những loại cây để sản xuất nhiên liệu sinh học đòi hỏi hàng ngàn mẫu đất và đòi hỏi những lượng phân và nước khổng lồ.

Kỹ thuật mới do Kanan cùng sinh viên tốt nghiệp Christina Li xây dựng không đòi hỏi quá trình lên men, và nếu được nhân rộng thì có thể giúp nhắm đến nhiều vấn đề sử dụng nước và đất trong quá trình sản xuất ethanol ngày nay. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy tính tiện lợi của việc sản xuất ethanol bằng quá trình điện xúc tác”, Kanan cho biết. “Nhưng chúng tôi phải làm thêm nhiều việc nữa mới có thể tạo ra 1 thiết bị thực tế”.

Các điện cực mới lạ

Cách đây 2 năm, Kanan và Li đã tạo ra 1 điện cực mới lạ được làm từ 1 chất liệu có tên là đồng có nguồn gốc oxit. Họ đã sử dụng thuật ngữ “có nguồn gốc oxit” bởi vì điện cực kim loại này được tạo ra từ đồng oxit.

“Các điện cực bằng đồng truyền thống bao gồm những hạt nano riêng lẻ nằm lên nhau”, Kanan cho biết. “Ngược lại, đồng có nguồn gốc oxit được làm từ những tinh thể nano đồng, những tinh thể này được liên kết với nhau trong 1 mạng lưới liên tiếp với những ranh giới hạt rành mạch. Quá trình chuyển đổi đồng oxit thành đồng kim loại đã tạo ra mạng lưới các tinh thể nano”.

Trong nghiên cứu này, Kanan và Li đã xây dựng 1 tế bào điện hóa – đây là 1 thiết bị gồm 2 điện cực được đặt trong nước, nước này đã bão hòa khí monoxit cacbon. Khi gắn 1 vôn kế vào các điện cực của 1 tế bào truyền thống sẽ có dòng điện chạy qua và nước được biến thành khí oxy tại 1 điện cực (cực dương) và khí hydo tại điện cực còn lại (cực âm). Thách thức đó là việc tìm ra 1 cực âm biến monoxit cacbon thành ethanol thay vì biến nước thành hydro.

Hầu hết các chất liệu đều không thể biến monoxit cacbon thành ethanol và chỉ phản ứng với nước”, Kanan cho biết. “Đồng là ngoại lệ duy nhất, nhưng đồng truyền thống lại không mấy hiệu quả”.

Trong thí nghiệm này, Kanan và Li đã sử dụng 1 cực âm được làm từ đồng có nguồn gốc oxit. Khi 1 vôn kế nhỏ được gắn vào, các kết quả thu được thật ấn tượng.

“Đồng có nguồn gốc từ oxit đã tạo ra ethanol và axetat, với 57% hiệu quả cảm ứng”, Kanan cho biết. “Điều đó có nghĩa là 57% dòng điện đã đi vào quá trình sản xuất 2 hợp chất này từ monoxit cacbon. Chúng tôi rất hào hứng bởi vì điều này tương ứng sự gia tăng hiệu quả hơn gấp 10 lần so với các chất xúc tác đồng truyền thống. Các mô hình của chúng tôi cho thấy rằng mạng lưới tinh thể nano ở đồng có nguồn gốc từ oxit rất quan trọng để đạt được những kết quả nghiên cứu này”.

A.T - Dostdongnai, Theo Phys.org