Các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật quốc gia (NIST), Hoa Kỳ đã khám phá ra loại chất xúc tác mới cho phép thực hiện một số phản ứng hóa học, thường cần nhiệt độ cao, có thể diễn ra ở nhiệt độ phòng. Các chất xúc tác tiết kiệm năng lượng sử dụng ánh nắng mặt trời hoặc một nguồn sáng khác để kích thích các plasmon bề mặt cục bộ (LSP) - các dao động của những nhóm điện tử trên bề mặt của các hạt nano kim loại nhất định như vàng, bạc và nhôm. Năng lượng thu được từ các dao động LSP thúc đẩy phản ứng hóa học giữa các phân tử bám vào các hạt nano.

Trước đây, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng hydro có thể được phân tách thành các nguyên tử riêng lẻ bằng năng lượng được tạo ra bởi những dao động LSP. Nhóm nghiên cứu tại NIST hiện đã phát hiện ra phản ứng thứ hai qua trung gian LSP diễn ra ở nhiệt độ phòng. Trong phản ứng này, các LSP bị kích thích trong các hạt nano vàng, biến đổi hai phân tử CO thành cacbon và CO2. Phản ứng, thông thường đòi hỏi nhiệt độ tối thiểu 400 độ C, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi CO thành các vật liệu từ cacbon phổ biến như ống nano cacbon và than chì.

Nghiên cứu các hạt nano bằng chùm điện tử và kết hợp dữ liệu với mô phỏng, các nhà khoa học đã xác định chính xác những vị trí trên các hạt nano vàng nơi phản ứng xảy ra. Ngoài ra, các nhà khoa học đã đo cường độ của các LSP và lập bản đồ về cách năng lượng liên quan đến các dao động thay đổi từ những vị trí khác nhau bên trong các hạt nano. Các số đo thu được là bước quan trọng để hiểu vai trò của LSP đối với việc bắt đầu các phản ứng ở nhiệt độ phòng, giảm nhu cầu làm nóng mẫu.

Các nhà khoa học đã dựa vào việc lắng đọng cacbon rắn, một trong những sản phẩm của phản ứng CO mà họ đã nghiên cứu như là các dấu hiệu về những vị trí chính xác trên các hạt nano vàng nơi diễn ra phản ứng. Nhóm nghiên cứu đã nhận thấy rằng phản ứng tập trung tại giao diện nơi các phân tử khí CO bám vào các hạt nano vàng và nơi biên độ của điện trường liên kết với LSP là cao nhất. Dù nhiều LSP có thể bị kích thích bởi ánh nắng mặt trời, nhưng nhóm nghiên cứu đã chọn một chùm điện tử để kích hoạt các dao động và nghiên cứu phản ứng CO trong kính hiển vi điện tử truyền qua quét có thể hoạt động trong môi trường nhiệt độ phòng.

Những phát hiện nghiên cứu đặt nền tảng cho việc tìm kiếm các hệ thống khác trực tiếp khai thác ánh nắng mặt trời để tạo ra LSP trong các hạt nano nhằm điều khiển các phản ứng hóa học ở nhiệt độ phòng. Bằng cách giảm tiêu thụ năng lượng, các hệ thống này có thể có tác động rất lớn đến ngành công nghiệp và môi trường.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-04-explore-energy-saving-catalysts-room-temperature.html, 16/4/2019