Năng lượng xanh thay thế đang ngày càng trở nên phổ biến. Hiện nay hai nguồn năng lượng xanh phổ biến nhất là năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Hiệu quả của việc lưu trữ và sử dụng nguồn năng lượng xanh phụ thuộc vào phương pháp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học của nhiên liệu tổng hợp.
Hydro là loại nhiên liệu hiệu quả nhất của ngành năng lượng xanh. Hydro có năng suất tỏa nhiệt cao hơn nhiều so với hydrocarbon. Trong quá trình đốt cháy hydro chỉ tạo ra nước không gây ra mối đe dọa cho môi trường. Tuy nhiên, các phương pháp phổ biến để sản xuất nhiên liệu hydro đều là đắt tiền hoặc không đủ hiệu quả.
Một phương pháp đầy hứa hẹn để sản xuất nhiên liệu hydro là điện phân nước, tức là quá trình phân hủy nước (H2O) thành oxy (O2) và khí hydro (H2) nhờ dòng điện được truyền qua nước. Chất xúc tác hiệu quả nhất là bạch kim - một kim loại rất hiếm và đắt tiền. Vấn đề chính trong việc sử dụng bạch kim không chỉ là chi phí cao mà còn tính hiệu quả của quá trình xúc tác, bởi vì chỉ có bề mặt của nguyên tố bạch kim tham gia vào phản ứng, và khối lượng còn lại là "dư thừa".
Một trong những giải pháp là sử dụng tấm bạch kim với độ dày1 nguyên tử, nhưng, cấu trúc bạch kim không cho phép sản xuất nguyên tố hai chiều ổn định.
"Vào những năm 1930 của thế kỷ trước, các nhà khoa học đã chứng minh rằng, tinh thể hai chiều là không ổn định. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây về các hợp chất có liên kết cộng hóa trị đã bác bỏ điều này, và cho phép nhìn nhận theo cách mới về khả năng tạo ra chất xúc tác hai chiều", - ông Zakhar Popov, nhà nghiên cứu cao cấp tại Phòng thí nghiệm vật liệu nano vô cơ của Đại học NUST MISIS giải thích.
Trong quá trình nghiên cứu lớp vật liệu hai chiều mới, các nhà khoa học từ Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NUST MISIS) cùng với các đồng nghiệp từ Hungary (Viện Vật lý kỹ thuật và Khoa học vật liệu, Trung tâm nghiên cứu năng lượng, Viện hàn lâm khoa học Hungary) và Hàn Quốc (Viện nghiên cứu tiêu chuẩn và khoa học Hàn Quốc) đã tìm thấy loại vật liệu đáp ứng các yêu cầu của ngành năng lượng: vật liệu cấu trúc lớp hai chiều molybdenum disulfide (MoS₂) sở hữu các tính chất cần thiết trong quá trình oxy hóa mạnh.
“Molybdenum disulphide đã được xem là “chất xúc tác” ngay trước khi chúng tôi phát hiện ra rằng, nó có khả năng oxy hóa mạnh. Tuy nhiên, trước đây quá trình xúc tác chỉ đi dọc theo các cạnh của tấm. Còn quá trình oxy hóa mạnh cho phép sử dụng toàn bộ bề mặt nhờ đặc tính độc đáo của vật liệu này – trên bề mặt của nó hình thành những trung tâm monoatomic mà tại đó xảy ra phản ứng hóa học”, - ông Pavel Sorokin, nhà nghiên cứu hàng đầu tại Phòng thí nghiệm vật liệu nano vô cơ của NUST MISiS cho biết.
Theo ông, phương pháp sử dụng vật liệu hai chiều làm chất xúc tác đang ở giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và mô hình hóa. Hiện nay, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu vật liệu hai chiều để tạo ra chất bán dẫn cho các thiết bị điện tử.
Các nhà khoa học đã chứng minh hiệu quả cao của các mẫu trong phòng thí nghiệm, nhưng, việc đưa vào sử dụng công nghệ này là vấn đề của tương lai. Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tìm kiếm các hợp chất hai chiều đầy hứa hẹn có thể được sử dụng trong quá trình xúc tác.
