Giảm lượng cacbon dioxit đi vào bầu khí quyển là một vũ khí trong cuộc chiến nhằm làm chậm tốc độ biến đổi khí hậu và nhiều nghiên cứu đang xem cách chúng ta có thể thu cacbon tại nguồn và cô lập chúng thành đá và bê tông. Các nghiên cứu khác tập trung vào cách chúng ta có thể chuyển đổi cacbon thu được thành hydrocacbon lỏng mà sau đó có thể sử dụng làm nhiên liệu.

Với mực đích đó, các nhà nghiên cứu Đại học Rice phát hiện ra rằng NGQD là chất xúc tác điện hiệu quả đến ngạc nhiên. Vật liệu được làm từ các tấm graphene dày chỉ một nguyên tử được phân chia thành thành các chấm chỉ rộng vài nanomet. Được tạo thành hoàn toàn từ cacbon, các chấm graphene này không thể tự chuyển đổi CO2 được, do đó, nhóm đã bổ sung các nguyên tử nitơ vào hỗn hợp, giúp kích hoạt các phản ứng hóa học đáp lại với một dòng điện và cacbon dioxit.

Người dẫn đầu nghiên cứu Pulickel Ajayan cho biết: “Cacbon thường không phải là một chất xúc tác. Một trong những câu hỏi của chúng tôi là tại sao sự pha tạp này lại hiệu quả đến vậy. Khi nitơ được chèn vào lưới graphene 6 cạnh, có nhiều vị trí nó có thể gắn vào, các vị trí đó, tùy thuộc vào nơi nitơ liên kết, sẽ có hoạt động xúc tác khác nhau. Do vậy, đó vẫn là một bài toán và mặc dù người ta đã viết rất nhiều nghiên cứu trong 5 đến 10 năm qua về cacbon pha và khiếm khuyết làm chất xúc tác nhưng bài toán đó thực sự vẫn chưa được giải”.

Cách nó hoạt động như thế nào hiện vẫn còn là điều bí ẩn nhưng kết quả thu được đầy hứa hẹn. Một số vật liệu đã được thử nghiệm làm chất xúc tác điện với đồng nổi lên là một trong những đối thủ chính. Nhưng xét về hiệu suất, NQGD được phát hiện đạt hiệu suất gần như ngang đồng, giảm lượng cacbon dioxit được giải phóng lên đến 90% và chuyển đổi 45% khối lượng thu được thành khối lượng nhỏ ethylene và ethanol để dùng làm nhiên liệu sau đó. NGQD còn được phát hiện giúp duy trì quá trình trong một khoảng thời gian dài.

“Điều này gây ngạc nhiên vì người ta đã tử tất cả các loại chất xúc tác khác nhau và chỉ có vài lựa chọn thực sự như đồng. Tôi nghĩ rằng những gì chúng tôi phát hiện được cơ bản rất thú vị vì nó mang lại một hướng đi hiệu quả để sàng lọc các loại xúc tác mới để chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm có giá trị cao hơn”, Ajayan nói.

Mặc dù vậy, các thí nghiệm trong phòng lab không hẳn lúc nào cũng biến thành ứng dụng thương mại và nhóm chỉ ra rằng có thể mất một khoảng thời gian trước khi NGQD được đưa vào thử nghiệm trong điều kiện thực tế. Phương pháp công nghiệp hiện tại là tạo nhiên liệu bằng chất xúc tác nhiệt thay vì điện phân vì nó có thể nâng quy mô tốt hơn.

“Vì lí do đó, các doanh nghiệp có lẽ sẽ không sớm sử dụng phương pháp này cho sản xuất quy mô lớn. Nhưng xúc tác điện đã dễ dàng thực hiện trong phòng thí nghiệm và chúng tôi đã chỉ ra nó sẽ hữu ích cho việc phát triển các chất xúc tác mới”, Ajayan cho biết thêm.

Đó sẽ là trọng tâm của các nghiên cứu tương lai và nhóm sẽ bắt đầu tăng khối lượng nitơ vào hỗn hợp để tăng khối lượng nhiên liệu được sản xuất.