Các nhà khoa học phát hiện hợp chất kim loại mới rẻ hơn 16 lần so với iridi nhưng hiệu suất cao, mở ra cơ hội sản xuất hydro sạch quy mô lớn.
Theo đó, một nhóm nghiên cứu quốc tế vừa công bố phát hiện chất xúc tác mới có hiệu quả vượt trội và chi phí thấp hơn nhiều so với iridi – kim loại quý hiếm vốn được coi là tiêu chuẩn vàng trong quá trình tách nước để sản xuất hydro xanh.
Hướng đi mới thay thế iridi
Trong nhiều năm qua, giới khoa học luôn tìm cách thay thế iridi vì kim loại này cực kỳ hiếm, đắt đỏ (gần 5.000 USD/ounce) và chủ yếu thu được như sản phẩm phụ từ khai thác bạch kim. Đây cũng là rào cản lớn đối với mục tiêu mở rộng sản xuất hydro sạch quy mô công nghiệp.
Các nhà khoa học tại Đại học Northwestern (Mỹ), phối hợp cùng Viện Nghiên cứu Toyota (TRI), đã sử dụng một công cụ đột phá mang tên “megalibrary” – kho dữ liệu gồm hàng triệu hạt nano được sắp xếp trên một con chip nhỏ chỉ bằng đầu ngón tay. Nhờ nền tảng này, họ đã sàng lọc nhanh chóng hàng triệu tổ hợp vật liệu và phát hiện ra một hợp chất mới có khả năng xúc tác phản ứng điện phân nước hiệu quả không kém – thậm chí còn vượt trội – so với iridi.
Megalibrary – “nhà máy dữ liệu” cho vật liệu mới
Trong nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm hàng loạt tổ hợp của bốn kim loại phổ biến gồm ruthenium, cobalt, mangan và crom. Kết quả, họ tìm ra hợp chất Ru52Co33Mn9Cr6 oxide cho hiệu suất vượt trội, hoạt động ổn định trên 1.000 giờ trong môi trường axit khắc nghiệt, và chi phí chỉ bằng khoảng 1/16 so với iridi.
Giáo sư Chad A. Mirkin – tác giả chính, đồng thời là người sáng tạo ra công nghệ megalibrary – cho biết: “Công cụ này cho phép chúng ta sàng lọc khối lượng khổng lồ các tổ hợp hóa học để tìm ra vật liệu tối ưu trong thời gian kỷ lục. Đây là bước tiến lớn trong việc giải quyết bài toán năng lượng bền vững.”
Ý nghĩa vượt ra ngoài hydro xanh
Thành công này không chỉ mở ra hướng đi mới cho hydro sạch mà còn chứng minh tiềm năng to lớn của phương pháp megalibrary trong việc tìm kiếm vật liệu tiên tiến. Bằng cách tạo ra dữ liệu khổng lồ về cấu trúc nano, công cụ này có thể kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) để tăng tốc khám phá vật liệu cho nhiều lĩnh vực khác như pin, y sinh hay quang học.
Giáo sư Ted Sargent – đồng tác giả – nhấn mạnh: “Thế giới đang mắc kẹt với những vật liệu được lựa chọn từ nhiều thập kỷ trước. Giờ đây, chúng ta có công cụ để thực sự tìm ra những vật liệu tối ưu nhất cho từng nhu cầu, không còn giới hạn.”
Nghiên cứu này được công bố ngày 19/8/2025 trên tạp chí Journal of the American Chemical Society (JACS), với sự tài trợ của Viện Nghiên cứu Toyota, công ty khởi nghiệp Mattiq và một số cơ quan nghiên cứu thuộc quân đội Mỹ.