Giải mã bí ẩn kéo dài cả thế kỷ: Các nhà khoa học đo được một phần nhỏ của electron, mở ra bí mật của xúc tác
Các nhà khoa học từ Đại học Minnesota Twin Cities và Đại học Houston lần đầu tiên đo lường được một phần cực nhỏ của electron được chia sẻ trong quá trình xúc tác – bước đột phá có thể mở đường giảm mạnh chi phí sản xuất nhiên liệu, hóa chất và vật liệu.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí ACS Central Science đã giải thích vì sao các kim loại quý như vàng, bạc và bạch kim lại đặc biệt hiệu quả trong vai trò chất xúc tác. Đồng thời, phát hiện này cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế thế hệ vật liệu xúc tác mới, hoạt động nhanh và chính xác hơn.
Chất xúc tác là yếu tố trung tâm trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất dược phẩm, pin cho đến lọc hóa dầu. Chúng giúp giảm năng lượng cần thiết cho phản ứng hóa học, nhờ đó tăng tốc độ, sản lượng và hiệu suất sản xuất. Việc tìm ra chất xúc tác tối ưu có ý nghĩa kinh tế rất lớn, trong bối cảnh các ngành liên quan có giá trị lên tới hàng nghìn tỷ USD toàn cầu.
Hình minh họa: scitechdaily.com
Trọng tâm của nghiên cứu là một phương pháp mang tên Chuẩn độ Electron Đẳng Thế (Isopotential Electron Titration – IET). Công cụ này cho phép đo chính xác lượng electron cực nhỏ – dưới 1% – được chuyển giao giữa phân tử và bề mặt chất xúc tác. Theo nhóm nghiên cứu, khi một nguyên tử hydro liên kết với bề mặt bạch kim, nó chỉ mất khoảng 0,2% electron. Tuy nhiên, chính phần electron “siêu nhỏ” này lại đủ để kích hoạt phản ứng hóa học quan trọng trong công nghiệp.
Khả năng đo lường trực tiếp mức độ phân bố electron ở quy mô cực nhỏ giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn bản chất của hoạt tính xúc tác – điều từng là bí ẩn suốt hơn một thế kỷ. Trước đây, các mô hình lý thuyết chỉ có thể ước đoán sự tương tác này, nhưng chưa có công cụ thực nghiệm đủ chính xác để xác nhận.
Trong bối cảnh công nghệ nano và học máy đang giúp phát hiện hàng loạt vật liệu xúc tác tiềm năng, IET được xem như một phương pháp bổ sung quan trọng. Nó cho phép sàng lọc và đánh giá trực tiếp các vật liệu mới ở cấp độ nền tảng, thay vì chỉ dựa vào mô phỏng hoặc thử nghiệm tốn kém.
Các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện này sẽ tạo nền tảng khoa học mới cho lĩnh vực xúc tác, từ đó thúc đẩy các công nghệ năng lượng và sản xuất sạch trong nhiều thập kỷ tới. Việc hiểu rõ cách electron được chia sẻ ở mức cực nhỏ không chỉ giải đáp một câu hỏi khoa học lâu đời mà còn mở ra hướng đi thiết thực nhằm giảm chi phí, tăng hiệu suất và phát triển các quy trình công nghiệp bền vững hơn trong tương lai.
nttvy (https://scitechdaily.com)