Kim cương nano là chìa khóa để lọc hydro hiệu quả – Và một tương lai không carbon

Kim cương nano có thể rất nhỏ, nhưng chúng có thể giúp giải quyết một trong những vấn đề lớn nhất mà nhân loại phải đối mặt ngày nay: Biến đổi khí hậu.

Hydro, một loại nhiên liệu đốt sạch, không để lại gì ngoài nước khi tiêu thụ. Nhiều quốc gia coi hydro là một con đường dẫn đến một tương lai không carbon, nhưng việc chuyển đổi sang nền kinh tế hydro đòi hỏi sản xuất của nó phải có giá cả phải chăng hơn nhiều so với hiện tại.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Energy gần đây, các nhà nghiên cứu do Viện Khoa học Vật liệu Tế bào Tích hợp (iCeMS) của Đại học Kyoto dẫn đầu đã mô tả cách màng tổng hợp được gia cố bằng kim cương nano có thể lọc sạch hydro khỏi hỗn hợp ẩm của nó, làm cho quá trình tạo hydro hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn rất nhiều. có hiệu lực.

Giáo sư Easan Sivaniah, người đứng đầu nhóm iCeMS, cho biết: “Có một số phương pháp có thể mở rộng để sản xuất hydro, nhưng hydro thường xuất hiện dưới dạng hỗn hợp ẩm và việc tinh chế chúng là một thách thức,” Giáo sư Easan Sivaniah, người đứng đầu nhóm iCeMS cho biết. “Công nghệ màng cho phép các quá trình phân tách tiết kiệm và hiệu quả năng lượng. Nhưng chúng tôi cần phải có vật liệu màng phù hợp để làm cho nó hoạt động, ”Sivaniah nói thêm.

Graphene oxit (GO), một dẫn xuất hòa tan trong nước của graphit, có thể được lắp ráp để tạo thành một lớp màng có thể được sử dụng để tinh chế hydro. Khí hydro dễ dàng đi qua các bộ lọc này, trong khi các phân tử lớn hơn bị mắc kẹt.

Hydro thường được tách ra khỏi CO ₂ hoặc O ₂ trong điều kiện rất ẩm. Các tấm GO mang điện tích âm, khiến chúng đẩy nhau. Khi tiếp xúc với độ ẩm, các tấm tích điện âm đẩy nhau nhiều hơn, cho phép các phân tử nước tích tụ trong khoảng trống giữa các tấm GO, cuối cùng sẽ làm tan màng.

Tiến sĩ Behnam Ghalei, người đồng giám sát nghiên cứu, giải thích rằng việc thêm kim cương nano vào các tấm GO sẽ giải quyết được vấn đề phân hủy do độ ẩm gây ra. “Các viên kim cương nano tích điện tích cực có thể triệt tiêu lực đẩy âm của màng, làm cho các tấm GO nhỏ gọn hơn và có khả năng chống nước”.

Nhóm nghiên cứu cũng bao gồm các nhóm nghiên cứu khác từ Nhật Bản và nước ngoài. Các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu bức xạ Synchrotron Nhật Bản ( SPring-8 / JASRI) đã tiến hành các nghiên cứu tia X tiên tiến. Viện Khoa học Sự sống Lượng tử (QST) đã giúp phát triển vật liệu. Đại học Công nghệ Thượng Hải (Trung Quốc) và Đại học Trung ương Quốc gia (Đài Loan) đã tham gia vào việc mô tả đặc điểm vật liệu hiện đại.

Sivaniah nói: “Trong sự hợp tác của chúng tôi với Tiến sĩ Ryuji Igarashi của QST, chúng tôi đã có thể tiếp cận những viên kim cương nano với kích thước và chức năng được xác định rõ ràng, nếu không có điều này thì nghiên cứu sẽ không thể thực hiện được. “Điều quan trọng, nhóm của Igarashi có một công nghệ được cấp bằng sáng chế để mở rộng quy mô sản xuất kim cương nano với chi phí hợp lý trong tương lai.”

Sivaniah nói rằng kim cương nano có những ứng dụng tiềm năng ngoài việc sản xuất hydro. Kiểm soát độ ẩm cũng rất quan trọng trong một số lĩnh vực khác, bao gồm dược phẩm, chất bán dẫn và sản xuất pin lithium-ion. Công nghệ màng lọc cũng có thể cách mạng hóa điều hòa không khí bằng cách loại bỏ độ ẩm một cách hiệu quả. Máy điều hòa không khí là một trong những cách làm mát kém hiệu quả nhất, vì một lượng đáng kể điện năng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho chúng được sử dụng để loại bỏ độ ẩm, tạo ra nhiều khí thải CO ₂ hơn và tạo ra một vòng xoáy luẩn quẩn cho sự nóng lên toàn cầu.

Chính phủ Nhật Bản cam kết sâu sắc về một tương lai không carbon. Nó đã thành lập một Quỹ đổi mới xanh trị giá 20 tỷ đô la Mỹ để hỗ trợ các mối quan hệ đối tác chung giữa các công ty lớn trong ngành và các liên doanh kinh doanh mang lại công nghệ mới cho thị trường.

Tham khảo: “Khắc phục sự phồng lên do độ ẩm của màng hydro dựa trên graphene oxit bằng cách sử dụng kim cương nano bù điện tích” của Guoji Huang, Behnam Ghalei, Ali Pournaghshband Isfahani, H. Enis Karahan, Daiki Terada, Detao Qin, Conger Li, Masahiko Tsujimoto, Daisuke Yamaguchi, Kunihisa Sugimoto, Ryuji Igarashi, Bor Kae Chang, Tao Li, Masahiro Shirakawa và Easan Sivaniah, ngày 16 tháng 12 năm 2021, Nature Energy .
DOI: 10.1038 / s41560-021-00946-y

iCeMS tại Đại học Kyoto là một trong những học viện hàng đầu ở Nhật Bản về các phương pháp tiếp cận sáng tạo trong việc thu hút khoa học để giúp ích cho xã hội. Sivaniah là người sáng lập OOYOO, một công ty khởi nghiệp nhằm mục đích trở thành công cụ thương mại hóa công nghệ màng lọc cho một tương lai không carbon.

Theo Scitechdaily