Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping, Thụy Điển, đang cố gắng chuyển đổi carbon dioxide, một loại khí nhà kính, thành nhiên liệu sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Các kết quả gần đây đã chỉ ra rằng có thể sử dụng kỹ thuật này của họ để sản xuất một cách có chọn lọc khí metan, carbon monoxide hoặc axit formic từ carbon dioxide và nước. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Nano.

Các loài thực vật chuyển đổi carbon dioxide và nước thành oxy và đường năng lượng cao làm "nhiên liệu" để phát triển. Chúng có được năng lượng này là từ ánh sáng mặt trời. Hiện Jianwu Sun và các đồng nghiệp tại Trường Đại học Linköping đang cố gắng bắt chước phản ứng quang hợp này mà thực vật sử dụng để thu khí carbon dioxide từ không khí và chuyển hóa thành nhiên liệu hóa học, như metan, ethanol và metanol. Phương pháp này hiện đang ở giai đoạn nghiên cứu và mục tiêu dài hạn của các nhà khoa học là chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu hiệu quả.

Jianwu Sun, giảng viên cao cấp của Khoa vật lý, hóa học và sinh học tại Trường Đại học Linköping cho biết, bằng cách chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu với sự trợ giúp của năng lượng mặt trời, kỹ thuật này có thể góp phần phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và giảm tác động đến khí hậu của quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.

Graphene là một trong những vật liệu mỏng nhất, bao gồm một lớp nguyên tử carbon. Nó có tính đàn hồi, linh hoạt, trong suốt với ánh sáng mặt trời và là chất dẫn điện tốt. Sự kết hợp các tính chất này đảm bảo rằng graphene có tiềm năng sử dụng trong các ứng dụng như điện tử và y sinh. Nhưng grapheme riêng biệt không phù hợp với ứng dụng chuyển đổi năng lượng mặt trời mà các nhà nghiên cứu LiU đang tìm kiếm và do đó họ đã kết hợp graphene với chất bán dẫn silicon carbide khối (3C-SiC).

Trước đây, các nhà khoa học tại Đại học Linköping đã phát triển được một phương pháp hang đầu thế giới trong việc phát triển graphene trên chất nền silicon carbide khối, bao gồm carbon và silicon. Khi silicon carbide được nung nóng, silicon bị bay hơi, trong khi các nguyên tử carbon vẫn tồn tại và tái cấu trúc dưới dạng một lớp graphene. Các nhà nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng có thể đặt tối đa bốn lớp graphene lên nhau một cách có kiểm soát.

Họ đã kết hợp graphene và silicon carbide khối để phát triển quang điện tử dựa trên graphene để bảo toàn khả năng thu năng lượng của ánh sáng mặt trời và tạo ra các hạt mang điện của silicon carbide khối. Chức năng của grapheme giống như một lớp trong suốt trong khi bảo vệ silicon carbide.

Hiệu suất của kỹ thuật dựa trên graphene được kiểm soát bởi một số yếu tố, một trong số đó là đặc tính của giao diện giữa graphene và chất bán dẫn. Các nhà khoa học đã xem xét các thuộc tính của giao diện này một cách chi tiết. Trong bài báo của họ, họ cho biết họ có thể điều chỉnh các lớp graphene trên silicon carbide và kiểm soát được các thuộc tính của photoelectrode (điện cực quang) dựa trên graphene. Việc thực hiện chuyển đổi carbon dioxide theo cách này hiệu quả hơn, sự ổn định của các thành phần khác đồng thời được cải thiện.

Photoelectrode do nhóm nghiên cứu phát triển này có thể kết hợp với catốt của các kim loại khác nhau, chẳng hạn như đồng, kẽm hoặc bismuth. Các hợp chất hóa học khác nhau, chẳng hạn như metan, carbon monoxide và axit formic, có thể được hình thành có chọn lọc từ carbon dioxide và nước khi lựa chọn catốt kim loại phù hợp.

“Điều quan trọng nhất, chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể sử dụng năng lượng mặt trời để kiểm soát việc chuyển đổi carbon dioxide thành metan, carbon monoxide hoặc axit formic”, Jianwu Sun nói.

“Khí mê-tan được sử dụng làm nhiên liệu trong các phương tiện sử dụng nhiên liệu khí. Carbon monoxide và axit formic có thể được xử lý thêm để chúng có thể hoạt động giống như nhiên liệu, hoặc chúng có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp”.

Công trình nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu Thụy Điển, FORMAS và Quỹ hợp tác quốc tế về nghiên cứu và giáo dục đại học của Thụy Điển.

P.T.T (NASATI), theo https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/lu-rff060920.php, 9/6/2020