Trong tạp chí Angewandte Chemie, các nghiên cứu gia đến từ Trường Đại học Illinois ở Urbana-Champaign báo cáo về một vật liệu điện xúc tác được tạo ra từ việc pha trộn các hợp chất kim loại với một chất có tên là axit perchloric.

Máy điện phân sử dụng điện để phá vỡ các phân tử nước thành oxy và hydro. Những thiết bị này sử dụng các axit gặm mòn và các vật liệu điện cực được làm từ các hợp chất kim loại iriddi oxit hoặc ruteni oxit. Iriddi oxit bền vững hơn ruteni oxit, nhưng iriddi là một trong những nguyên tố hiếm hoi nhất trên Trái Đất này, vì thế các nghiên cứu gia đang tìm kiếm vật liệu thay thế.

“Nhiều công trình nghiên cứu trước đây được thực hiện bằng máy điện phân chỉ được làm từ hai nguyên tố -- một kim loại và oxy”, giáo sư Hong Yang đến từ Trường Đại học Illinois cho biết. “Trong một nghiên cứu gần đây, chúng tôi nhận thấy rằng nếu một hợp chất có hai nguyên tố kim loại – ytri và ruteni – và oxy thì tỷ lệ phản ứng tách nước gia tăng”.

Các nghiên cứu gia nhận thấy rằng khi họ sử dụng axit perchloric làm chất xúc tác và để hỗn hợp này phản ứng dưới sức nóng, tính vật lý của sản phẩm ytri và ruteni thay đổi.

“Chất liệu trở nên xốp hơn và còn có cấu trúc tinh thể mới, khác với tất cả những chất xúc tác rắn mà chúng tôi tạo ra trước đây”, tác giả dẫn đầu nghiên cứu Jaemin Kim cho biết. Chất liệu xốp mới mà nhóm nghiên cứu tạo ra – một loại oxit pyrochlore của ytri ruteni – có thể tách các phân tử nước ở tỷ lệ cao hơn mức tiêu chuẩn công nghiệp hiện nay.

Đồng tác giả Yang Qin và nhóm nghiên cứu quan sát cấu trúc của chất liệu mới này bằng kính hiển vi điện tử và nhận thấy rằng chất liệu này xốp hơn gấp bốn lần so với ytri ruteni gốc mà họ tạo ra trong một nghiên cứu trước đây, và gấp ba lần so với các oxit iriddi và ruteni được sử dụng ngoài thị trường.

“Thật ngạc nhiên khi thấy axit mà chúng tôi chọn làm chất xúc tác cho phản ứng này hóa ra lại cải thiện cấu trúc của chất liệu được sử dụng cho các điện cực”, Yang phát biểu. “Điều này thật ngẫu nhiên và rất có giá trị đối với chúng tôi”.

Bước tiếp theo cho nhóm nghiên cứu là chế tạo một thiết bị trong phạm vi phòng thí nghiệm để nghiên cứu thêm và để tiếp tục cải thiện tính bền vững của chất liệu này trong các môi trường axit, Yang cho biết.

Sinh viên tốt nghiệp Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand và nghiên cứu gia Cheng-Jun Sun đến từ Phòng Thí nghiệm Quốc gia Argonne cũng góp phần vào nghiên cứu này.

AT - Dostdongnai, theo Sciencedaily.