Sản xuất nhiên liệu sạch H2 từ năng lượng mặt trời và nước biển sử dụng Lá nhân tạo được xem là một công nghệ tiềm năng có thể cho phép giải quyết đồng thời bài toán tiêu thụ năng lượng ngày càng cao và hạn chế các tác động môi trường do sử dụng nhiên liệu hóa thạch hiện nay. Một số công nghệ Lá nhân tạo đã được công bố, có thể đạt hiệu suất chuyển hóa ánh sáng-tạo-H2 đạt gần 30%, vượt xa mục tiêu 10% để có thể thương mại hóa. Tuy nhiên, các Lá nhân tạo hiện nay chưa đáp ứng được độ bền cần thiết: bị phá hủy trong vài chục giờ hoặc vài giờ làm việc trong khi để có thể ứng dụng trong công nghiệp tuổi thọ của chúng cần ít nhất 5 năm.
Do đó, dự án PRE-H2 đặt mục tiêu nghiên cứu cơ chế phá hủy của các thành phần cấu thành Lá nhân tạo (vật liệu xúc tác, quang xúc tác cho các phản ứng khử proton tạo H2 và oxi hóa nước) trong điều kiện làm việc thực sử dụng các phương pháp phân tích Điện hóa – Quang phổ thời gian thực. Từ các hiểu biết cơ chế thu được, xây dựng các phương án bảo vệ vật liệu xúc tác, quang xúc tác nhằm kéo dài tuổi thọ làm việc của Lá nhân tạo.
Dự án PRE-H2 được hi vọng sẽ là một bước chuẩn bị quan trọng để nhóm nghiên cứu Hóa học trong chuyển hóa và tích trữ năng lượng (CECS) tại Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) hướng tới việc chế tạo và thử nghiệm Prototype Lá nhân tạo kích thước lớn.
Những nội dung chính của dự án
(i) Xây dựng phương pháp ăn mòn phá hủy tăng cường cho phép nhanh chóng xác định vật liệu xúc tác, quang xúc tác phù hợp nhất cho chế tạo Lá nhân tạo trong công nghiệp;
(ii) Nghiên cứu cơ chế phá hủy của các vật liệu xúc tác và quang xúc tác tiềm năng nhất trong quá trình làm việc, sử dụng kết hợp phân tích điện hóa và các phân tích quang phổ Raman, UV-Vis hay phân tích vi cân thạch anh (EQCM);
(iii) Thử nghiệm các biện pháp bảo vệ vật liệu xúc tác, quang xúc tác nhằm kéo dài tuổi thọ làm việc của chúng; (
(iv) Chế tạo Lá nhân tạo hoàn chỉnh sử dụng các vật liệu xúc tác, quang xúc tác tốt nhất và nghiên cứu cơ chế làm việc của Lá nhân tạo.
Tác động của dự án
Dự án được hi vọng sẽ đóng góp những hiểu biết nền tảng về cơ chế, nguyên nhân bị ăn mòn phá hủy của Lá nhân tạo và các thành phần cấu thành của nó, qua đó góp phần thúc đẩy nhanh hơn hoạt động nghiên cứu & phát triển hướng tới công nghệ Lá nhân tạo đáp ứng yêu cầu sản xuất nhiên liệu H2 trong công nghiệp.
Dự án sẽ góp phần xây dựng một tập thể nghiên cứu mạnh, đạt trình độ quốc tế trong lĩnh vực năng lượng H2 tại Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Thông qua dự án, các nhà nghiên cứu trẻ (Postdoc, NCS) cũng sẽ được đào tạo, góp phần phát triển cộng đồng nghiên cứu Vật liệu tích trữ và chuyển hóa năng lượng tại Việt Nam.
