Các nhà khoa học hiện đã chứng minh một loại công nghệ mới không chỉ có thể tái tạo quá trình này để sản xuất nhiên liệu hydro sạch, mà còn trải qua những thay đổi về hình thái trong quá trình sử dụng khiến nó trở nên hiệu quả hơn theo thời gian.

Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học tại Đại học Michigan (UM) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, những người đang làm việc với một thiết bị quang hợp nhân tạo do kỹ sư Zetian Mi của UM phát triển trước đó. Thiết bị này hứa hẹn một hình thức sản xuất hydro sạch hơn, thường liên quan đến việc sử dụng khí đốt tự nhiên hoặc năng lượng điện, thay vào đó khai thác ánh sáng mặt trời để tách nước ngọt và nước muối và tạo ra hydro để sử dụng trong pin nhiên liệu.

Được chế tạo từ silicon và gallium nitride, những vật liệu thường được sử dụng trong thiết bị điện tử và pin mặt trời, thiết bị này cung cấp hiệu suất năng lượng mặt trời thành hydro ấn tượng ba phần trăm, so với hiệu suất một phần trăm của các thiết bị trước đó. Nó đạt được điều này thông qua một cấu trúc gồm các tháp gali nitride trên nền silicon biến ánh sáng mặt trời thành các electron tự do, từ đó phân tách nước thành hydro và oxy.

Trong khi một thiết bị quang hợp nhân tạo thông thường sẽ giảm hiệu suất trong vài giờ khi các vật liệu hao mòn, thiết bị này thực sự đã phát triển hiệu quả hơn theo thời gian. Các quan sát của các nhà khoa học cho thấy rằng khi hệ thống này được sử dụng, chính đỉnh của các tháp gali nitrua đã hình thành các vị trí mới để sản xuất hydro bằng cách hấp thụ oxy và mang các đặc tính mới, trở thành một vật liệu được gọi là gallium oxynitride.

Những kết quả này đã được công bố vào năm 2018, nhưng các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu thiết bị để hiểu rõ hơn lý do đằng sau hiệu quả vượt trội của nó. Trong nghiên cứu mới nhất, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loạt các kỹ thuật hiển vi và quang phổ tiên tiến để quan sát các vật liệu đang hoạt động và phát hiện ra một số điều bất ngờ.

Francesca Toma, tác giả cao cấp của bài báo cho biết: “Chúng tôi đã phát hiện ra một đặc tính bất thường trong vật liệu giúp nó trở nên hiệu quả và ổn định hơn. “Khám phá của chúng tôi là một khám phá thay đổi cuộc chơi thực sự. Tôi chưa bao giờ thấy sự ổn định như vậy ”.

Đối với các bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ thử nghiệm vật liệu này như một phần của một tế bào quang điện hoàn chỉnh để tách nước, bao gồm việc khám phá cách các vật liệu tương tự có thể làm cho các hệ thống này ổn định hơn.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.