Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Xúc tác đơn nguyên tử biến phế phẩm thực vật thành hóa chất có giá trị (06/10/2026)

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Manchester (Anh) và Đại học Công nghệ Hà Bắc (Trung Quốc) đã làm rõ cơ chế hoạt động của một loại xúc tác hiệu quả cao có thể phân giải lignin khó xử lý trong phế phẩm thực vật thành các hóa chất hữu ích ở điều kiện tương đối ôn hòa. Việc hiểu cơ chế ở cấp độ nguyên tử có thể giúp biến chất thải nông, lâm nghiệp thành nguồn nguyên liệu tái tạo cho nhiên liệu, nhựa và nhiều vật liệu khác.

Lignin tạo nên phần lớn độ bền cấu trúc của thực vật và là nguồn hợp chất thơm tái tạo lớn nhất trong tự nhiên. Chất này có thể chiếm tới 35% sinh khối thải từ nông nghiệp và lâm nghiệp. Tuy nhiên, cấu trúc phân tử phức tạp khiến lignin rất khó phân giải hiệu quả, làm hạn chế khả năng ứng dụng trong sản xuất bền vững. Chính độ ổn định hóa học giúp lignin thực hiện chức năng trong tự nhiên cũng trở thành trở ngại lớn khi con người muốn tận dụng vật liệu này.

Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí ACS Catalysis, nhóm nghiên cứu quốc tế - trong đó có TS Christopher Parlett, Xinyue Zhou và Yutao Jiang thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học - đã làm rõ cơ chế ở cấp phân tử của một xúc tác đơn nguyên tử có khả năng bẻ gãy các liên kết hóa học bền trong lignin. Xúc tác sử dụng các tâm rutheni Ru-N4 trên nền carbon pha tạp nitơ để hoạt hóa oxy, từ đó cắt các liên kết C-O và C-C trong lignin.

Ở điều kiện tối ưu, xúc tác chuyển hóa gần như hoàn toàn các hợp chất mô hình của lignin và tạo ra các sản phẩm phenol có giá trị với hiệu suất cao. Xúc tác cũng được thử nghiệm thành công với lignin thực tế từ nhiều nguồn sinh khối, tạo ra các hợp chất thơm có thể dùng làm nguyên liệu cho nhiên liệu, nhựa và vật liệu khác. Đáng chú ý, quá trình diễn ra trong điều kiện tương đối ôn hòa và không cần hóa chất độc hại - yếu tố quan trọng về cả môi trường lẫn khả năng ứng dụng công nghiệp.

Theo TS Christopher Parlett, giảng viên Kỹ thuật Hóa học, việc hiểu chính xác cách các xúc tác hoạt động ở cấp độ nguyên tử cho phép thiết kế vật liệu tốt hơn để chuyển hóa tài nguyên tái tạo thành hóa chất có giá trị. Công trình cung cấp hiểu biết chi tiết về cơ chế vận hành của xúc tác đơn nguyên tử trong chuyển hóa sinh khối, qua đó định hướng phát triển các hệ thống hiệu quả hơn trong tương lai.

Bằng cách nâng cấp lignin thành sản phẩm có giá trị cao hơn, nghiên cứu góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ mô hình sản xuất hóa chất tuyến tính dựa trên dầu mỏ sang nền kinh tế tuần hoàn dựa trên sinh khối. Trong bối cảnh lượng lớn phế phẩm nông, lâm nghiệp được tạo ra mỗi năm, đây sẽ là một hướng đi tiềm năng để biến chất thải thành tài nguyên.

NPA (Theo The University of Manchester)

Ngày cập nhật: 24/9/2026

https://www.vista.gov.vn/vi/news/khoa-hoc-ky-thuat-va-cong-nghe/dua-hieu-nang-cua-soi-quang-len-chip-silic-buoc-tien-cho-laser-cam-bien-va-trung-tam-du-lieu-13378.html