Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Houston đã tạo bước đột phá với chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy mới (là phản ứng hóa học trong đó một trong những sản phẩm cuối cùng là oxy), kết hợp với chất xúc tác phản ứng tiến hóa hydro để đạt mật độ dòng điện có khả năng đáp ứng nhu cầu công nghiệp, trong khi cần điện áp tương đối thấp để bắt đầu điện phân nước biển.

Các nhà nghiên cứu cho rằng thiết bị này, bao gồm nitrua kim loại không phải loại quý hiếm và giá rẻ, đã khắc phục được nhiều trở ngại hạn chế những nỗ lực trước đây để sản xuất hydro hoặc nước uống an toàn với chi phí thấp từ nước biển. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Zhifeng Ren, giám đốc Trung tâm siêu dẫn Texas thuộc trường Đại học Houston và là tác giả bài báo, cho biết khó khăn lớn là thiếu chất xúc tác để tách nước biển một cách hiệu quả nhằm sản xuất hydro mà không tạo ra các ion natri, clo, canxi tự do và các thành phần khác của nước biển, khi được giải phóng có thể lắng xuống chất xúc tác và khiến nó không hoạt động. Các ion clo đặc biệt khó xử lý, một phần vì clo cần điện áp cao hơn một chút để giải phóng hydro.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các chất xúc tác với nước biển được lấy từ vịnh Galveston ngoài khơi Texas. “Hầu hết mọi người sử dụng nước ngọt sạch để sản xuất hydro bằng cách tách nước", Zhifeng Ren nói. "Nhưng nguồn nước ngọt sạch bị hạn chế".

Để giải quyết những thách thức này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và tổng hợp chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy vỏ lõi ba chiều bằng cách sử dụng nitrat kim loại chuyển tiếp, với các hạt nano được tạo thành từ hợp chất nickle-sắt-nitrit và thanh nano nickle -molybdenum-nitride trên bọt xốp nickle.

Luo Yu, nghiên cứu sinh và là đồng tác giả nghiên cứu cho biết chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy mới đã được kết hợp với chất xúc tác phản ứng tiến hóa hydro trước đây của thanh nano nickle-molybdenum-nitrit.

Các chất xúc tác được kết hợp vào máy điện phân kiềm hai điện cực, hoạt động bằng nhiệt thải thông qua một thiết bị nhiệt điện hoặc pin AA. Điện áp pin cần để tạo ra mật độ dòng điện là 100 milliamperes trên mỗi cm2, dao động từ 1,564V đến 1,581V.

Yu cho rằng cần điện áp ít nhất 1,23V để sản xuất hydro, nhưng clo được sản xuất ở điện áp 1,73 V, nghĩa là thiết bị có khả năng tạo ra mật độ dòng điện có điện áp dao động giữa hai cấp độ.