Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trực tuyến trên Tạp chí The American Chemical Society.
Công nghệ mới này đã mở ra hướng mới cho việc thiết kế và sản xuất pin và pin nhiên liệu từ nhiên liệu hydro, vật liệu nano tổng hợp và các loại polyme.
"Plasma hình thành ở điều kiện môi trường xung quanh thường
là những tia lửa: vốn không kiểm soát được, không ổn định và phá hủy",
theo Mohan Sankaran, giáo sư kỹ thuật hóa học và là tác giả chính của
nghiên cứu trên: Chúng tôi đã phát triển một nguồn plasma ổn định ở
điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ phòng, cho phép chúng tôi nghiên
cứu và kiểm soát việc chuyển giao của các điện tử qua bề mặt chuyển
tiếp giữa: plasma và một dung dịch điện phân.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đổ đầy pin điện hoá (thực chất
hai lọ thuỷ tinh kết nối bằng ống thuỷ tinh) bằng dung dịch điện phân:
ferixianua ka-li và clo-rua ka-li.
Ở cực âm (cathode), khí argon được bơm
qua một ống thép không gỉ được đặt bên trên, cách dung dịch điện phân
một khoảng ngắn. Một thành phần plasma nhỏ hình thành giữa ống thủy
tinh và bề mặt chuyển tiếp.
Cực dương (Anode) là một miếng bạc (hoặc
là clorua bạc). Khi dòng điện đi qua plasma, ferixianua bị mất điện tử
nên biến thành feroxyanua.
Quan sát thông qua quang phổ tia cực
tím, các nhà nghiên cứu có thể nhận thấy: các điện tử trong dung dịch
đã bị mất mát theo một tỷ lệ tương đối ổn định và mỗi phân tử ferixianua
bị mất đi sẽ biến thành một phân tử feroxyanua.
Khi gia tăng cường độ dòng điện, thì tỷ
lệ mất mát điện tử cũng gia tăng theo. Thử nghiệm ở cả hai điện cực cho
thấy dòng điện vẫn được duy trì.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra 02 nhược điểm:
Chỉ có khoảng 1 trong 20 điện tử đi qua
plasma có tham gia trong phản ứng giảm. Các nhà nghiên cứu suy đoán
rằng các điện tử bị mất đã được chuyển đổi thành các phân tử hydro
trong nước, hoặc đã tham gia vào phản ứng khác mà hiện tại chưa được
phát hiện. Nhóm nghiên cứu đang thiết lập các thử nghiệm mới để tìm hiểu
hiện tượng này.
Ngoài ra, năng lượng cần thiết để hình
thành plasma và tạo ra các phản ứng điện hóa cao, về thực chất là nhiều
hơn so với lượng năng lượng cần thiết để tạo ra phản ứng với các âm cực
kim loại.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy mô hình
đầu tiên trong nghiên cứu này có thể không hiệu quả như những gì mà hầu
hết các ngành công nghiệp đòi hỏi, nhưng công nghệ này có tiềm năng được
sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Cùng với Giáo sư Sankaran, Seung đã quét
plasma trên một màng mỏng để giảm thiểu các ion dương kim loại tạo
thành các hạt nano kim loại kết tinh theo mẫu.
"Mục tiêu là sản xuất ra các cấu trúc nano ở quy mô nhỏ, vốn có thể
được thực hiện với kỹ thuật khắc hình (in đá) trong chân không (nhưng
trong thí nghiệm này lại được thực hiện trong một căn phòng mở)", theo Seung.
Các nhà nghiên cứu hiện đang nỗ lực làm rõ: liệu điện cực plasma có thể
thay thế các điện cực truyền thống, với các ứng dụng như: chuyển đổi
hydro trong nước thành khí hydro trên một quy mô lớn, biến đổi khí CO2 thành nhiên liệu hữu ích và các chất hóa học như ethanol.
Các nhà nghiên cứu tiến hành tinh chỉnh các quá trình và thử nghiệm sự
kết hợp tối ưu giữa: thiết kế điện cực và các phản ứng hóa học cho các
ứng dụng khác nhau.
Đồng tác giả với Giáo sư Sankaran, trong
nghiên cứu này gồm có: cựu sinh viên Carolyn Richmonds và Brandon
Bartling; sinh viên Megan Witzke và Lee Seung Whan; 02 giáo sư kỹ thuật
hóa học: Jesse Wainright và Chung-Chiun Liu.
