Hydro được quan tâm như một nguồn năng lượng sạch tiềm năng vì cháy mà không tạo ra khí thải nhà kính. Nhưng các phương pháp sản xuất hydro hoặc xả thải carbon đáng kể hoặc rất tốn kém và phức tạp về kỹ thuật.

Trong một báo cáo khoa học, các nhà nghiên cứu tuyên bố đạt được một tiến bộ đáng kể, một chất xúc tác hai điện cực trên cơ sở một hợp chất có thể phân tách hydro và oxy hiệu quả từ cả nước biển và nước ngọt.

Những phát triển trước đây với các chất xúc tác 2 chức năng phân tách nước thành hydro và oxy thường có hiệu suất kém ở 1 trong 2 chức năng. Sử dụng hai chất xúc tác riêng biệt có tác dụng nhưng gia tăng chi phí sản xuất chất xúc tác.

Trong công trình nghiên cứu, được đăng trên Tạp chí Năng lượng & Khoa học Môi trường , các nhà khoa học thuộc Đại học Houston (UH), Đại học Trung Quốc Hồng Kông (CUH) và Đại học Sư phạm Trung Trung Quốc (TcSUH) báo cáo về chất xúc tác, trên 1 điện cực sử dụng hợp chất niken/molypden/nitơ, tinh chỉnh với một lượng nhỏ sắt và phát triển trên bọt niken để sản xuất hydro hiệu quả và trên điện cực thứ 2, bằng quá trình tái tạo điện hóa, tạo ra từ chu trình điện áp, chuyển đổi thành hợp chất tạo ra phản ứng phân tách oxy mạnh mẽ tương tự.

Các nhà khoa học cho biết, sử dụng một hợp chất duy nhất cho cả phản ứng tiến hóa hydro (HER) và phản ứng tiến hóa oxy (OER), có thể thay đổi một chút qua quá trình tái tạo điện hóa không chỉ làm cho quá trình phân tách nước trở nên hợp lý hơn mà còn đơn giản hóa những khó khăn kỹ thuật.

Hầu hết các vật liệu phù hợp nhất hoặc cho HER hoặc OER, nhưng cả hai phản ứng đều cần thiết phải hoàn thành phản ứng hóa học và tách hydro từ nước. Zhifeng Ren, giám đốc Trung tâm Siêu dẫn Texas tại UH, tác giả của bài báo cho biết cấu trúc thiết kế chất xúc tác mới không chỉ cho phép phản ứng phân tách nước hoạt động hiệu quả chỉ với một chất xúc tác duy nhất, mà còn hoạt động với hiệu quả như nhau với nước biển và nước ngọt. So với các chất xúc tác hiện có, đây là mức tốt nhất từ trước đến nay.

 Sơ đồ hệ thống hai điện cực phân tách nước tổng thể. HER, phản ứng phân tách hydro; OER, phản ứng phân tách oxy.

Sử dụng nước biển kiềm và hoạt động trong các điều kiện sát với sản xuất công nghiệp, chất xúc tác đảm bảo mật độ dòng điện 1.000 miliampe/cm2, sử dụng 1,56 volt trong nước biển, duy trì phản ứng phân tách ổn định trong 80 giờ thử nghiệm.

Hiệu suất mạnh mẽ của chất xúc tác mới trong nước biển giải quyết một thách thức lớn, hầu hết các chất xúc tác hiện có hoạt động tốt nhất trong nước ngọt. Phân tách tách nước biển có nhiều phức tạp hơn, một phần là do sự ăn mòn chất xúc tác do phản ứng với muối và các khoáng chất khác. Ren, GS Vật lý, Chủ tịch MD Anderson tại UH cho biết, chất xúc tác mới cũng tạo ra oxy tinh khiết, tránh được sản phẩm phụ tiềm ẩn của khí clo ăn mòn từ một số chất xúc tác tạo ra.

Nguồn cung cấp nước ngọt ngày càng hạn chế do hạn hán và sự gia tăng dân số. Nhưng nước biển rất dồi dào. Thông thường, ngay cả khi một chất xúc tác hoạt động đối với nước mặn đều đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng cao hơn. Với chất xúc tác mơi, yêu cầu mức tiêu thụ năng lượng gần như tương đương với nước ngọt là một ưu thế mang tính thị trường.

Shuo Chen, phó giáo sư vật lý tại UH, đồng tác giả bài báo, cho biết mật độ dòng điện mạnh của chất xúc tác ở điện áp tương đối thấp làm giảm chi phí năng lượng sản xuất hydro.

Sử dụng một vật liệu — hợp chất niken /molypden/nitơ đã được tinh chỉnh bằng sắt ​​cho HER và sau đó sử dụng điện áp chu kỳ để kích hoạt quá trình tái tạo điện hóa tạo ra một vật liệu hơi khác, một oxit sắt/molypden/niken cho OER, các nhà nghiên cứu loại bỏ sự cần thiết của chất xúc tác thứ 2 đồng thời đơn giản hóa các yêu cầu kỹ thuật.

Nếu chế tạo một thiết bị với hai vật liệu khác nhau trên hai điện cực, cần phải xác đinh cách điện tích chạy qua mỗi điện cực và thiết kế cấu trúc phù hợp, đối với chất xúc tác mới, vật liệu không hoàn toàn như nhau vì một điện cực sẽ trải qua quá trình tái tạo điện hóa, nhưng điện cực đó có cấu trúc vật liệu như nhau, vì vậy việc chế tạo sẽ đơn giản hơn rất nhiều.

Ngoài Ren và Chen, các nhà khoa học tham gia trong bài báo bao gồm Minghui Ning, Fanghao Zhang, Libo Wu, Xinxin Xing, Dezhi Wang, Shaowei Song và Jiming Bao, tất cả đều thuộc UH; Qiancheng Zhou thuộc Đại học Sư phạm Trung ương Trung Quốc; và Luo Yu của Đại học Trung Quốc Hồng Kông.