Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng mang tính nghiêm trọng của môi trường hiện tại. Tuy rằng có hiệu ứng này thì nhiệt độ Trái đất mới có thể đáp ứng được cho sự sống. Nhưng khi CO2 quá nhiều thì nhiệt độ lại quá nóng. Gây ra rất nhiều hậu quả hiệu quả nghiêm trọng. Do đó rất nhiều biện pháp giảm thiểu hiệu ứng nhà kính đã được áp dụng. Thế nhưng Trái đất vẫn nóng lên đến mức kỷ lục. Cho nên sự xuất hiện của hợp kim TMDC có khả năng khử CO2 được đánh giá cao. Là một phát minh có tính thực dụng.
Khí nhà kính CO2
Khí CO2 là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính. CO2 trong khí quyển giống như một tấm kính dày bao phủ Trái đất. Biến hành tinh của chúng ta giống như một nhà kính lớn.
Nếu không có lớp khí quyển, lớp bề mặt Trái đất sẽ có nhiệt độ trung bình là -23 độ C. Nhưng thực tế nhiệt độ trung bình là 15 độ C. Điều này có nghĩa là hiệu ứng này đã làm cho Trái đất nóng lên 38 độ C.
Ngày nay các hoạt động sinh hoạt, khai thác và phát triển của con người cùng với các hoạt động chặt phá rừng bừa bãi khiến khí CO2 ngày càng tăng. Hiện tượng hiệu ứng nhà kính cũng tăng cao. Nhiệt độ không khí trên Trái Đất cũng theo đó mà tăng lên. Theo ước tính của các nhà khoa học, nhiệt độ của Trái đất sẽ tăng lên khoảng 1,5 – 4,5°C vào thế kỷ sau.
Hợp kim TMDC có khả năng biến đổi carbon dioxide CO2
Đại học Washington tại St. Louis của Mỹ chế tạo vật liệu hai chiều có tiềm năng ứng dụng trong xứ lý môi trường và chống biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Advanced Materials hôm 26/6 nhấn mạnh rằng; đây là lần đầu tiên một vật liệu hợp kim được chứng minh là có khả năng biến đổi carbon dioxide (CO2). Một loại khí gây hiệu ứng nhà kính, thành carbon monoxide (CO).
“Carbon monoxide sau đó có thể kết hợp với hydro để tạo ra methanol. Đó là một cách tuyệt vời để lấy CO2 trong không khí. Và tái chế nó trở lại thành hợp chất hữu cơ hydrocarbon”. Tác giả chính của nghiên cứu Rohan Mishra, trợ lý giáo sư tại Khoa Cơ khí và Khoa học Vật liệu của Đại học Washington, cho hay.
Nền tảng của loại vật liệu mới này là các kim loại chuyển tiếp dichalcogenide (TMDC). Chúng được tổng hợp từ nhiều kim loại chuyển tiếp và ba nguyên tố phi kim trong nhóm chalcogen. Còn được gọi là nhóm nguyên tố 16, bao gồm lưu huỳnh, selen và tellurium.
Mishra cho biết trước đây đã có sự quan tâm đến các dạng hai chiều tương tự của vật liệu TMDC. Do đặc tính quang học và điện tử nổi bật của chúng. Nhưng chưa có nghiên cứu nào đề cập đến khả năng khử khí nhà kính.
Quá trình nghiên cứu hợp kim TMDC
“Hợp kim mới hoạt động như một chất xúc tác để tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng hóa học trên bề mặt. Vật liệu là hai chiều (có độ dày chỉ bằng ba nguyên tử). Nên diện tích bề mặt của nó rất lớn”, Mishra mô tả.
Với 10 kim loại chuyển tiếp và ba chất chalcogen, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra tới 135 hợp kim TMDC hai kim loại và 756 hợp kim năm kim loại. Tuy nhiên, cũng giống như dầu và nước. Không phải tất cả sự kết hợp sẽ hòa trộn với nhau để tạo thành một hợp kim đồng nhất.
Trong nghiên cứu này, Mishra cùng các cộng sự đã sử dụng các tính toán cơ học lượng tử; để dự đoán sự kết hợp nào có nhiều khả năng cải thiện khả năng xúc tác CO2 của vật liệu. Tiếp theo, họ phải kiểm tra xem vật liệu mới có ổn định hay không. Nhóm đã tự phát triển một công cụ để làm điều đó.
“Tôi đã tạo ra một mô hình nhiệt động lực học. Để dự đoán các hợp kim TMDC có entropy cao (hợp kim chứa nhiều hơn ba kim loại với tỷ lệ gần bằng nhau) từ tính toán cơ học lượng tử”. Nhà giả kim John Cavin từ Đại học Washington, đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích. “Các tính toán này được thực hiện bằng cách sử dụng tài nguyên siêu máy tính”.
Kết quả nghiên cứu hợp kim TMDC
Sau nhiều năm phát triển, kết quả phân tích của nhóm được gửi đến các cộng tác viên thực nghiệm tại Đại học Illinois ở Chicago (UIC). “Tại đây, họ có thể tổng hợp các vật liệu mà chúng tôi dự đoán sẽ tạo thành hợp kim TMDC entropy cao. Và một trong số đó đã cho thấy hoạt động khác biệt”, Mishra nói thêm.
Đến nay, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp được ba hợp kim TMDC khác nhau có khả năng khử CO2. Chúng đều là những vật liệu chưa từng được tổng hợp trước đây.
Công trình nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ. Như một phần của Sáng kiến Bộ gene Vật liệu (MGI) do cựu Tổng thống Barack Obama phát động vào năm 2011. Nhằm khám phá, sản xuất và triển khai vật liệu hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
