Khám phá phương pháp mới tạo ra nước

Trong giờ thực hành hoá tại một trường cấp ba, một giáo viên hướng dẫn đã dùng điện để phân chia nước ở dạng lỏng thành các phân tử khí hiđrô và ôxi. Sau đó, kết hợp hai loại khí này, đốt cháy và biến chúng trở lại thành nước sau một tiếng “bốp” thật to.

Các nhà khoa học tại Đại Học Illinois đã khám phá ra một phương pháp mới tạo ra nước mà không sinh ra tiếng nổ bốp sau phản ứng hóa học. Họ không chỉ tạo ra nước từ những thành phần “không tưởng” ban đầu, như rượu, mà thí nghiệm của họ chỉ cần những chất chất xúc tác tốt hơn với những tế bào nhiên liệu có giá thành rẻ hơn.

“Chúng tôi phát hiện ra các hyđrua kim loại đặc biệt có thể được dùng cho quá trình khử khí oxy, đây là giai đoạn vô cùng quan trọng trong quá trình tạo nước”, Zachariah Heiden, nghiên cứu sinh đang theo học bằng tiến sĩ và cũng là tác giả hàng đầu của một tờ báo được phép xuất bản trong chuyên san của Hội Hoá học Hoa Kì và được đăng trên trang web của tập san này đã cho biết.

Một phân tử nước (thường được biết đến là một mono hyđrôxit) được tạo thành bởi hai nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxi. Nhưng bạn không thể chỉ đơn giản mang hai nguyên tử hiđrô gắn với một nguyên tử ôxi là xong. Để tạo ra nước, phản ứng thật sự là phức tạp hơn: 2H₂ + O₂ = 2H₂O + Năng lượng.

Phương trình này có nghĩa là: để tạo ra hai phân tử nước (H₂O), hai phân tử hiđrô (H₂) phải kết hợp với một phân tử ôxi (O₂). Năng lượng được giải phóng trong quá trình này.

“Phản ứng: 2H₂ + O₂ = 2H₂O + Năng lượng đã được biết đến cách đây hai thế kỉ , nhưng cho đến bây giờ chưa ai có thể thực hiện nó được trong một dung dịch đồng nhất”, Thomas Rauchfuss – giáo sư hoá học tại trường Đại Học Illinois và là người tiếp nhận thông tin phản hồi của tờ báo đã tiết lộ.

Công thức nổi tiếng này cũng miêu tả diễn biến bên trong tế bào nhiên liệu hiđrô.

Giáo sư hoá học Thomas Rauchfuss(bên trái) và sinh viên Zachariah Heiden đã tìm ra phương pháp mới tạo ra nước. (Ảnh: L. Brian Stauffer, tfot.info)

Trong một tế bào nhiên liệu đặc trưng, phân tử khí hiđrô đi vào một đầu của tế bào, phân tử khí ôxi đi vào đầu kia. Các phân tử hiđrô bị mất electron và mang điện tích dương thông qua quá trình ôxi hoá. Trong khi đó, phân tử ôxi nhận bốn electron và mang điện tích âm thông qua quá trình khử. Ion oxi mang điện tích âm kết hợp với ion hiđrô mang điện tích dương tạo thành nước và giải phóng năng lượng. Cái khó của tế bào nhiên liệu chính là phản ứng khử ôxi chứ không phải phản ứng khử hiđrô, giáo sư nói: “Tuy nhiên chúng tôi phát hiện chất xúc tác mới cho phản ứng khử ôxi có thể mở đường cho một phương pháp hoá học mới đối với phản ứng khử hiđrô.”

Giáo sư Rauchfuss và Heiden mới đây đã đưa vào thử nghiệm một thế hệ chất xúc tác mới cho quá trình chuyển hóa hiđrô được sử dụng như một hiđrua kim loại đặc biệt cho quá trình khử ôxi.

Trong bài viết của họ trên chuyên san của Hoá học Hoa Kì, họ đã đặc biệt tập trung nghiên cứu phản ứng ôxi hoá khi có các chất xúc tác trong quá trình chuyển hóa hiđrô là iridi trong dung dịch đồng nhất, không có nước. Họ nhận thấy ảnh hưởng phức tạp của đến cả quá trình ôxi hoá rượu và quá trình khử oxi.

Hầu hết các hợp chất đều tác dụng lại với hiđrô hoặc ôxi, nhưng chất xúc tác này tác dụng với cả hai nguyên tố. Heiden nói rằng: “nó tác dụng với hiđrô để tạo ra hiđrua, sau đó lại tác dụng với ôxi để tạo nước; quá trình này xảy ra trong dung môi đồng nhất, không có nước.”

Heiden cho biết, những chất xúc tác mới có thể tạo ra những tế bào năng lượng hiđrô hiệu quả hơn, mà thực chất là hạ thấp giá thành nhiên liệu.

Bộ Năng lượng Hoa Kì đã quyết định tài trợ cho nghiên cứu này.