– Chào Giáo sư, ông có thể giải thích về các chất xúc tác quang nano cấu trúc lõi-vỏ kim loại@MOS (bán dẫn oxit kim loại) là gì và quá trình tách nước bằng năng lượng mặt trời đóng vai trò như thế nào trong việc thúc đẩy các giải pháp năng lượng sạch bền vững không?

Giáo sư Yeon-Tae Yu: Hạt nano cấu trúc lõi-vỏ kim loại@MOS là những hạt nano composite đặc biệt, với lõi kim loại nằm bên trong và được bao quanh bởi lớp vỏ được tạo thành từ oxit kim loại bán dẫn (MOS). Cấu trúc này mang hai chức năng đáng chú ý: lõi kim loại đóng vai trò xúc tác, còn lớp vỏ oxit kim loại bán dẫn thể hiện các đặc tính bán dẫn quan trọng.

Điểm nổi bật là lớp vỏ bảo vệ giúp lõi kim loại duy trì hoạt tính xúc tác ổn định trong thời gian dài. Bên cạnh đó, lớp oxit kim loại bán dẫn còn có thể hình thành liên kết dị thể với các oxit kim loại khác, tạo nên hệ xúc tác có hiệu suất tách nước cao. Nhờ những ưu điểm vượt trội này mà hạt nano cấu trúc lõi-vỏ kim loại@MOS được xem là ứng viên tiềm năng cho các công nghệ tách nước bằng ánh sáng mặt trời. 

Ý nghĩa quan trọng của công nghệ này nằm ở khả năng sản xuất hydro thông qua quá trình tách nước sử dụng năng lượng mặt trời, là yếu tố then chốt trong việc phát triển các giải pháp năng lượng sạch và bền vững nhằm thay thế dần các nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống.

– Theo ông, những chất xúc tác quang nano cấu trúc lõi-vỏ kim loại@MOS (bán dẫn oxit kim loại) này sẽ mang lại những ưu điểm gì so với các vật liệu quang xúc tác truyền thống được sử dụng để tách nước?

Giáo sư Yu: Một trong những ưu điểm nằm ở việc có thể sử dụng các kim loại quý như vàng và bạc làm lõi. Những kim loại này vốn có khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến rất tốt và có khả năng tạo ra phản ứng khử tách nước mạnh bằng cách cung cấp electron cho lớp vỏ oxit kim loại bán dẫn bao quanh. Nhờ đó, phản ứng khử tách nước hiệu quả hơn đáng kể so với các chất xúc tác quang thông thường.

Bên cạnh đó, do lõi kim loại quý được bao bọc bên trong lớp vỏ oxit kim loại bán dẫn, nên không xảy ra hiện tượng chất xúc tác bị phân rã trong quá trình phản ứng. Điều này giúp các hạt nano kim loại@MOS có độ bền cao hơn rõ rệt so với các hệ xúc tác truyền thống, nơi kim loại quý chỉ được gắn trên bề mặt oxit kim loại.

Về bản chất, cấu trúc lõi-vỏ này đồng thời giải quyết hai thách thức lớn của lĩnh vực quang xúc tác: vừa nâng cao hiệu quả phản ứng thông qua việc sử dụng chất xúc tác kim loại quý, vừa đảm bảo tính ổn định lâu dài bằng cách bảo vệ các chất xúc tác này khỏi sự suy giảm theo thời gian.

– Theo ông, chúng ta còn cần bao lâu để có thể triển khai quy mô lớn hoặc ứng dụng công nghiệp đối với công nghệ này? Và những thách thức nào cần được giải quyết để công nghệ này trở nên dễ tiếp cận và có chi phí phù hợp cho cả các nước phát triển lẫn đang phát triển?

Giáo sư Yu: Hiện tại thì vật liệu này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và vẫn mang ý nghĩa học thuật nhiều hơn là ứng dụng công nghiệp trực tiếp. Tuy nhiên, tôi nghĩ vật liệu này có tiềm năng phát triển rất lớn trong tương lai.

Để hướng tới việc ứng dụng thực tế, chúng ta cần giải quyết hai vấn đề chính: phát triển các biến thể của vật liệu kim loại@MOS có hiệu suất chuyển đổi hydro cao hơn nữa và xây dựng công nghệ tổng hợp vật liệu quy mô lớn. Nếu không giải quyết được hai khía cạnh này để tối ưu hiệu suất và khả năng sản xuất hàng loạt thì rất khó để chuyển giao từ nghiên cứu phòng thí nghiệm sang triển khai công nghiệp.

Trong bối cảnh các nền kinh tế có sự phát triển khác nhau, công nghệ này cần được  thiết kế tối ưu về chi phí trong khi vẫn đảm bảo những tiến bộ về mặt kỹ thuật, sao cho khả thi và phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật của các thị trường khác nhau.

– Bên cạnh ứng dụng trong phòng thí nghiệm, ông nhận định những ứng dụng thực tế nào cho công nghệ chất xúc tác quang nano cấu trúc lõi-vỏ kim loại@MOS trong tương lai gần, và chúng ta có thể thấy sự xuất hiện của những hệ thống này ở đâu?

Giáo sư Yu: Vật liệu nano composite này là một chất xúc tác quang để sản xuất hydro thông qua quá trình tách nước. Vì vậy, nó có thể được ứng dụng vào các hệ thống quang điện hóa sản xuất hydro, và về lâu dài là các nhà máy điện sử dụng hydro làm nhiên liệu.

Tiềm năng ứng dụng trải rộng từ các hệ thống quy mô nhỏ, như thiết bị thí nghiệm hoặc hệ thống năng lượng độc lập, đến các cơ sở sản xuất hydro quy mô lớn. Nhờ khả năng mở rộng linh hoạt này, công nghệ này có thể đáp ứng nhiều cấp độ ứng dụng khác nhau, phù hợp với nhu cầu năng lượng và điều kiện hạ tầng cụ thể, từ đó góp phần thúc đẩy phát triển toàn diện hệ thống năng lượng dựa trên hydro.

– Trong bối cảnh Việt Nam và nhiều quốc gia đang đặt ra các mục tiêu tham vọng đạt được Net Zero, giáo sư thấy đâu là yếu tố then chốt để thúc đẩy hợp tác liên ngành, hướng đến ứng dụng các công nghệ xanh như xúc tác quang nano cho quá trình tách nước bằng năng lượng mặt trời bền vững?

Giáo sư Yu: Tôi nghĩ rằng việc phát triển và ứng dụng công nghệ xanh là lĩnh vực mà Chính phủ đóng vai trò then chốt nhất. Bởi vì để phát triển các vật liệu quang xúc tác phục vụ quá trình tách nước, xây dựng hệ thống sản xuất quy mô lớn cũng như thương mại hóa công nghệ sản xuất hydro dựa trên những vật liệu này, cần có sự đầu tư hệ thống và dài hạn từ ngân sách nghiên cứu và phát triển.

Sự tham gia của Chính phủ là yếu tố không thể thiếu, vì quy mô và độ phức tạp của quá trình phát triển công nghệ xanh vượt xa khả năng mà các cơ sở nghiên cứu đơn lẻ hay doanh nghiệp tư nhân có thể đáp ứng. Việc điều phối từ tài trợ nghiên cứu, xây dựng hạ tầng sản xuất cho tới hỗ trợ thương mại hóa đều đòi hỏi quy hoạch và phân bổ nguồn lực ở cấp độ quốc gia.

– Theo Giáo sư, điều quan trọng nhất mà cộng đồng khoa học toàn cầu nên thay đổi hoặc tăng cường khi giải quyết các thách thức về môi trường và năng lượng là gì?

Giáo sư Yu: Mặt trời là nguồn năng lượng vô tận dành cho nhân loại và ước tính cung cấp năng lượng cho Trái đất tương đương 8.000 lần mức Trái đất tiêu thụ. Từ góc nhìn đó, tôi muốn nhấn mạnh rằng việc tập trung nỗ lực nghiên cứu và phát triển vào các công nghệ năng lượng mặt trời là đặc biệt quan trọng. Với tiềm năng khổng lồ vượt xa nhu cầu hiện tại, cộng đồng khoa học nên ưu tiên hàng đầu cho việc phát triển các phương pháp hiệu quả để thu nhận và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành dạng năng lượng có thể sử dụng được trong thực tế.

Nghiên cứu về vật liệu quang xúc tác và các quá trình vận hành bằng năng lượng mặt trời như tách nước là một hướng tiếp cận trực tiếp, thiết thực nhằm tận dụng nguồn năng lượng dồi dào này để phục vụ mục tiêu sản xuất năng lượng sạch và bền vững.

– Với vai trò kết nối khoa học xuyên biên giới, ông có thể chia sẻ thêm về những cơ hội hợp tác nghiên cứu tiềm năng mà ông nhìn thấy từ chương trình InnovaConnect tại Đà Nẵng? Theo ông, những hợp tác trong tương lai này có thể đóng góp như thế nào cho việc thúc đẩy các công nghệ bền vững?

Giáo sư Yu: Tôi rất biết ơn Quỹ VinFuture vì đã tạo điều kiện để tôi được giao lưu và tương tác với các giáo sư, chuyên gia và nhà khoa học tại Khoa Lý – Hóa, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng thông qua chương trình này. Tôi sẽ tiếp tục duy trì các trao đổi học thuật với họ trong thời gian tới, và nếu có thể, tôi cũng hy vọng sẽ phát triển thêm các chương trình trao đổi sinh viên hoặc nghiên cứu viên.

Với tư cách là một nhà nghiên cứu trong cùng lĩnh vực, tôi cảm thấy rất hứng thú và bổ ích khi được lắng nghe những xu hướng và kết quả nghiên cứu mới nhất từ hai diễn giả chuyên sâu về chủ đề hydro. Đặc biệt, cả amoniac và hydro đều là những nguồn năng lượng chiến lược trong tương lai, và tôi mong muốn được cập nhật thêm các xu hướng nghiên cứu tiên tiến về hai chủ đề này trong khuôn khổ sự kiện.

Những hợp tác như vậy có giá trị rất lớn vì chúng kết nối các nhà nghiên cứu đang làm việc ở các mảng bổ trợ nhau trong lĩnh vực năng lượng sạch, từ đó có thể dẫn đến những cách tiếp cận toàn diện và hiệu quả hơn để giải quyết các thách thức về năng lượng và môi trường.

– Giáo sư đánh giá như thế nào về tầm quan trọng của các sáng kiến như InnovaConnect trong việc thúc đẩy hợp tác quốc tế và hướng tới các dự án khoa học, và điều gì đã tạo nên dấu ấn riêng biệt của VinFuture trên trường quốc tế?

Giáo sư Yu: Việc giới thiệu các lĩnh vực nghiên cứu cấp thiết trong khoa học công nghệ đến với sinh viên và các nhà nghiên cứu tại Việt Nam sẽ đóng góp to lớn vào sự phát triển khoa học công nghệ trong nước, đồng thời tạo ra cơ hội để khởi động những hợp tác nghiên cứu quốc tế. Vì vậy, tôi cho rằng vai trò của các tổ chức tiên phong như Quỹ VinFuture là vô cùng quan trọng.

Trước khi tham gia sự kiện lần này, tôi chưa từng biết đến Quỹ VinFuture hay Giải thưởng VinFuture. Tuy nhiên, qua cơ hội lần này, tôi nhận thấy chuỗi chương trình InnovaConnect của Quỹ đã đóng góp rất thiết thực cho việc thúc đẩy phát triển khoa học công nghệ tại Việt Nam. Tôi đặc biệt ấn tượng với nỗ lực của Quỹ VinFuture trong việc mở rộng phạm vi tiếp cận của chương trình InnovaConnect, không chỉ dành cho những người trực tiếp tham dự mà còn cho tất cả các nhà nghiên cứu quan tâm đến chủ đề. Cách tiếp cận toàn diện và cởi mở như vậy thực sự có ý nghĩa trong việc chia sẻ tri thức và thúc đẩy hợp tác khoa học toàn cầu.

Đồng thời giúp kiến thức khoa học trở nên dễ tiếp cận hơn, vượt ra ngoài phạm vi của những người tham gia trực tiếp. Đây là một đóng góp ý nghĩa cho việc thúc đẩy hợp tác khoa học toàn cầu và chia sẻ tri thức. Những sáng kiến mang tính đột phá như vậy đóng vai trò then chốt trong việc kết nối cộng đồng nghiên cứu quốc tế và tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi tri thức, là yếu tố thiết yếu để cùng nhau giải quyết các thách thức toàn cầu, đặc biệt trong lĩnh vực phát triển năng lượng bền vững.