Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature của Anh tiết lộ, nhóm đề tài tại Đại học Michigan Mỹ (UoM) vừa trình làng một chất bán dẫn khai thác phổ rộng của ánh sáng mặt trời, bao gồm cả phổ hồng ngoại, để tách nước với hiệu suất rắn 9%, hiệu suất gần gấp 10 lần so với các thiết bị khác cùng loại và ít bị  xuống cấp theo thời gian.

Công nghệ mới sử dụng ánh sáng mặt trời tập trung, dạng tùy chọn không có sẵn cho nhiều thiết bị quang hợp nhân tạo khác. Chất bán dẫn của UoM có tên UMich, kích thước nhỏ hơn 100 lần so với chất bán dẫn hoạt động ở cường độ ánh sáng thấp. Nó được làm từ cấu trúc nano indi gallium nitride phát triển trên bề mặt silicon,  không chỉ chịu được ánh sáng và nhiệt cực tốt, mà còn thực sự cải thiện hiệu quả sản xuất hydro theo thời gian.

Chất bán dẫn hấp thụ các bước sóng ánh sáng tần số cao hơn để cung cấp năng lượng cho quá trình tách nước, được đặt trong một buồng có nước chảy qua. Ánh sáng hồng ngoại tần số thấp hơn được sử dụng để làm nóng buồng đến nhiệt độ khoảng 70 °C (158 °F), làm tăng tốc độ phản ứng tách nước, đồng thời ngăn chặn xu hướng tái kết hợp của các phân tử hydro và oxy thành các phân tử nước trước khi chúng có thể được phân hủy.

Thiết bị đạt hiệu suất 9% trong quy mô phòng thí nghiệm sử dụng nước tinh khiết. Chuyển sang nước máy, nó đạt được khoảng 7%. Và trong một thử nghiệm ngoài trời mô phỏng hệ thống tách nước quang xúc tác quy mô lớn được cung cấp bởi ánh sáng mặt trời tự nhiên biến đổi rộng rãi, nó đạt hiệu suất 6,2%.

Nhóm nghiên cứu cho biết, chất bán dẫn độc đáo của thiết bị không bị suy giảm khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời gay gắt và có mức nhiệt độ cao. Thú vị nhất là hiệu suất 7% của UMich đối với nước máy cũng tương đương với việc tách nước biển. Vì vậy, thiết bị quang xúc tác có thể lấy hydro ra khỏi nước biển mà không cần bất kỳ nguồn năng lượng bên ngoài nào ngoài ánh sáng mặt trời. 

Nhóm nghiên cứu cho hay họ vẫn đang nghiên cứu sâu hơn để cải thiện hiệu quả, cũng như độ tinh khiết của hydro thu được để sớm đưa công nghệ vào ứng dụng đại trà nhằm sản xuất hydro xanh thay vì hydro không sạch được sản xuất bằng khí metan, vừa đắt tiền lại dễ gây ô nhiễm do dùng nhiên liệu hóa thạch.

Khắc Nam (Theo EVC-1/2023)