Hydro là loại nhiên liệu sạch đầy triển vọng, được xem là giải pháp có thể thay thế các nhiên liệu hóa thạch truyền thống vì nó không phát thải khí carbon dioxide trong quá trình đốt cháy hoặc oxy hóa. Hydro có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau.
Tuy nhiên, nền kinh tế dựa trên hydro không chỉ đòi hỏi sản xuất sạch mà còn cả việc vận chuyển và lưu trữ hydro an toàn, hiệu quả. Các hệ thống hiện tại còn nhiều hạn chế: bình chứa hydro nén có mật độ hydro thấp và tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ, bình chứa hydro lỏng lại cần nhiệt độ cực thấp và năng lượng đáng kể.
Amoniac là chất mang hydro lỏng nổi bật với mật độ hydro cao, nhưng quá trình khử hydro của nó cần nhiều năng lượng và đi kèm các vấn đề như tính ăn mòn và độc hại. Để giải quyết các vấn đề này, các nhà khoa học chuyển sang các vật liệu mang hydro ở thể rắn. Tuy nhiên, hầu hết hợp kim thể rắn đều là kim loại nặng và có khả năng chứa hydro hạn chế theo trọng lượng.
Trong một nghiên cứu đột phá, nhóm nghiên cứu gồm ông Hirona Ito và Giáo sư Masahiro Miyauchi từ Viện khoa học Tokyo, bà Mio Nakai và Giáo sư Hideyuki Nakano từ Đại học Kindai, và Giáo sư Takahiro Kondo từ Đại học Tsukuba, Nhật Bản, khám phá ra một chất mới mang hydro ở thể rắn, gọi là hydro silicane dạng lớp (L-HSi).
Vật liệu này giải phóng hydro khi được chiếu sáng bằng ánh sáng nhìn thấy được (ánh sáng khả kiến) có cường độ thấp, ở nhiệt độ và áp suất môi trường, như ánh sáng mặt trời hoặc đèn LED. Kết quả nghiên cứu của họ được công bố trực tuyến trên tạp chí Advanced Optical Materials ngày 29/12/2025.
L-HSi bao gồm silicon và hydro theo tỉ lệ 1:1 và thể hiện khả năng lưu trữ hydro theo trọng lượng cao là 3,44 wt.%. Không giống như các hệ thống lưu trữ hydro thông thường, L-HSi là chất mang hydro ổn định ở thể rắn, có thể giải phóng hydro chỉ bằng cách tiếp xúc với các nguồn sáng cường độ thấp như ánh sáng mặt trời hay đèn LED.
Các nhà nghiên cứu tổng hợp L-HSi thông qua quá trình khử canxi của CaSi2 trong phản ứng với HCl và thử nghiệm đặc tính giải phóng hydro của nó. Họ đặt bột L-HSi ở môi trường khí argon trong lò phản ứng kiểu dòng khí, rồi chiếu xạ nó bằng đèn xenon ở nhiệt độ và áp suất môi trường.
Khoảng cách băng thông quang học của L-HSi là 2,13 eV, tương ứng bước sóng 600 nm, hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. Đèn sáng được bật 10 phút sau khi thí nghiệm bắt đầu và tắt ở mốc 60 phút. Trong quá trình chiếu sáng, các nhà nghiên cứu đã quan sát rõ ràng sự hình thành khí hydro.
Các thử nghiệm gia nhiệt tiếp theo trong môi trường tối và phân tích quang phổ chi tiết, xác nhận hydro giải phóng không phải do quá trình quang nhiệt, thay vào đó, được thúc đẩy bởi sự kích hoạt băng thông của L-HSi. Cụ thể, hydro được giải phóng khi chiếu xạ bằng các bước sóng dưới 600 nm. Vật liệu này cho thấy hiệu suất lượng tử tối đa là 7,3% ở bước sóng 550 nm.
Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm chiếu xạ dài hạn, trong đó L-HSi được phân tán trong môi trường hữu cơ bên trong lò phản ứng phân tán. Dưới tác động của ánh sáng nhìn thấy kéo dài, khoảng 46,7% nguyên tử hydro liên kết được giải phóng. Nhóm nghiên cứu cũng xác nhận, hydro có thể sản xuất hiệu quả bằng cách dùng nguồn sáng cường độ thấp, tiết kiệm, như ánh sáng mặt trời và đèn LED.
Hydro là nguồn năng lượng sạch trong quá trình chuyển đổi năng lượng trên toàn cầu. Nhưng nó cần có hệ thống lưu trữ an toàn và đáng tin cậy, điều mà hiện nay vẫn còn thiếu. L-HSi là chất mang hydro ở thể rắn đầy triển vọng, có thể mở ra những khả năng mới cho việc lưu trữ hydro an toàn, nhẹ và tiết kiệm năng lượng.
