Tuy nhiên, phần lớn hydro hiện nay vẫn được sản xuất từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, làm giảm lợi ích môi trường. Chính vì vậy, các nhà khoa học đang tìm kiếm những phương pháp bền vững hơn để sản xuất hydro quy mô lớn. Một trong những hướng đi nổi bật là quang xúc tác tách nước – sử dụng ánh sáng mặt trời và vật liệu xúc tác để phân tách phân tử nước thành hydro và oxy.

Đột phá từ siêu mạng lượng tử

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Michigan vừa công bố một loại siêu mạng lượng tử exciton mới – cấu trúc siêu mỏng gồm các lớp bán dẫn gallium nitride (GaN) và indium gallium nitride (InGaN). Trong đó, các exciton (cặp electron và lỗ trống liên kết) được duy trì lâu hơn nhờ hiệu ứng Stark lượng tử, giúp tăng hiệu quả phản ứng quang xúc tác.

Theo báo cáo trên Nature Energy, vật liệu này đạt hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành hydro (solar-to-hydrogen efficiency) lên tới 3,16% trong phòng thí nghiệm dưới ánh sáng tập trung, và 1,64% trong thử nghiệm ngoài trời với cường độ ánh sáng gấp 204 lần. Đây là bước tiến quan trọng, chứng minh khả năng ứng dụng thực tế của siêu mạng lượng tử trong sản xuất hydro sạch.

Triển vọng ứng dụng thực tế

Dù hiệu suất hiện tại vẫn chưa đủ cao để thương mại hóa rộng rãi, kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu lượng tử trong việc thúc đẩy công nghệ tách nước bằng ánh sáng mặt trời. Trong tương lai, các siêu mạng lượng tử có thể được cải tiến để đạt hiệu suất cao hơn, mở đường cho sản xuất hydro sạch quy mô lớn, góp phần giảm phát thải toàn cầu.

Nguồn: Yuyang Pan et al., Excitonic quantum superlattices for efficient photocatalytic water splitting, Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-01972-4.