Lá nhân tạo phân tách H2O dưới ánh nắng mặt trời

"Lá nhân tạo", một thiết bị có thể khai thác ánh nắng mặt trời để phân tách nước thành hydro và oxy mà không cần bất kỳ kết nối bên ngoài, được nhìn thấy như là một chiếc lá cây thực sự, mà còn có khả năng chuyển đổi năng lượng của ánh sáng mặt trời trực tiếp thành dạng hóa chất có thể lưu trữ được.

Các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Daniel Nocera (MIT) đã tạo ra một tế bào năng lượng mặt trời còn được gọi "lá nhân tạo": Giống hệt như lá cây, thiết bị này có thể phân tách phân tử H₂O dưới tác dụng trực tiếp của ánh nắng mặt trời thành nhiên liệu hóa học (hydro và oxy) có thể được lưu trữ và sử dụng sau này như là một nguồn năng lượng.

"Lá nhân tạo" là một tế bào năng lượng mặt trời bằng silic được tích hợp với các vật liệu xúc tác khác nhau ở hai mặt bên, mà không cần dây dẫn bên ngoài hoặc các mạch điều khiển để hoạt động.

Đơn giản chỉ cần đặt "Lá nhân tạo" trong một thùng chứa nước thông thường (H₂O) và cho tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, nó nhanh chóng tạo ra dòng bong bóng bọt khí O₂ từ một phía và bong bóng khí hydro từ phía khác. Nếu đặt trong một thùng chứa một rào cản ngăn thành hai bên riêng biệt, hai dòng bong bóng khí này có thể được thu thập và lưu trữ, và có thể được sử dụng sau này để cung cấp năng lượng: chẳng hạn như, đưa chúng vào pin nhiên liệu kết hợp chúng một lần nữa thành nước (H₂O) trong khi cung cấp một dòng điện.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Science, số ra ngày 30 tháng 9 năm 2011.

Giáo sư Daniel G. Nocera (chuyên nghiên cứu về chuyển đổi năng lượng sinh học và hóa học) tại MIT, là tác giả hàng đầu, cùng với đồng tác giả khác gồm: Tiến sĩ Steven Reece cựu sinh viên (hiện đang làm việc tại công ty Sun Catalytix được sáng lập bởi giáo sư Nocera nhằm thương mại hóa những sáng kiến mới trong lĩnh vực năng lượng mặt trời), cùng với 5 nhà nghiên cứu khác đến từ công ty Sun Catalytix và MIT.

Thiết bị này, Nocera giải thích, được làm hoàn toàn những vật liệu rẻ tiền, có sẵn, chủ yếu là silic, coban và niken và vận hành trong nước(H₂O) thông thường. So với những nỗ lực khác nhằm chế tạo ra các thiết bị có thể sử dụng ánh nắng mặt trời để phân tách nước (thành thành hydro và oxy) dựa vào các giải pháp có tính ăn mòn hoặc trên các vật liệu tương đối hiếm và đắt tiền, chẳng hạn như bạch kim.

"Lá nhân tạo" một tấm bán dẫn silic mỏng – cấu tạo chủ yếu từ các tế bào năng lượng mặt trời nhằm biến năng lượng của ánh sáng mặt trời thành một dòng điện không dây trong tấm bán dẫn silic mỏng. Mặt bên này của tấm bán dẫn silic được bao phủ một lớp cô-ban, đóng vai trò là chất xúc tác có tác dụng giải phóng oxy từ các phân tử nước, đây một loại vật liệu có tiềm năng để tạo ra nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời được phát hiện bởi Nocera và các đồng tác giả trong năm 2008. Mặt bên kia của tấm silic được bao phủ một lớp hợp kim niken-molypđen-kẽm, có tác dụng giải phóng hydro từ các phân tử nước.