Tuy nhiên, để chuyển hóa những tiềm năng khoa học thành giải pháp thực tế, việc xây dựng các nhóm nghiên cứu mạnh, có tính liên ngành và định hướng ứng dụng rõ ràng là yếu tố then chốt.

Xuất phát từ định hướng đó, GS.TS. Trần Đại Lâm và cộng sự Viện Khoa học vật liệu triển khai nhiệm vụ “Phát triển nhóm nghiên cứu xuất sắc hạng I về nghiên cứu chế tạo vật liệu nano trên cơ sở graphene, một số oxit kim loại và polyme sinh học ứng dụng trong sinh học, nông nghiệp và môi trường” (mã số: NCXS01.01/22-24).

GS.TS. Trần Đại Lâm

Đây là một trong những đơn vị nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực khoa học vật liệu, trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với định hướng gắn kết nghiên cứu cơ bản và phát triển công nghệ phục vụ thực tiễn.

Theo định hướng của nhóm nghiên cứu, vật liệu nano không phải là mục tiêu cuối cùng mà là công cụ trung gian để tạo ra các sản phẩm phục vụ đời sống. Cách tiếp cận liên ngành, kết hợp giữa khoa học vật liệu, hóa học, sinh học và môi trường, được lựa chọn làm trục xuyên suốt nhằm giải quyết các bài toán thực tiễn như kháng khuẩn, xử lý nước và bảo quản nông sản. Đồng thời, nhóm chú trọng khai thác các nguồn nguyên liệu tự nhiên trong nước và phát triển các hệ vật liệu lai, vật liệu cấu trúc hai chiều (2D) và nanocomposite có tính năng vượt trội.

Kết quả phân tích hình thái cấu trúc và đặc trưng của nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp hóa học xanh, sử dụng dịch chiết nụ vối đóng vai trò chất khử

Một trong những dấu ấn nổi bật của nhiệm vụ là việc làm chủ quy trình tổng hợp hàng loạt hệ vật liệu nano tiên tiến, đặc biệt là các hệ nano bạc lai với oxit kim loại như ZnO-Ag, TiO₂-Ag, ZrO₂-Ag và CeO₂-Ag. Các vật liệu này được chế tạo với quy mô hàng trăm gam mỗi loại, đủ để triển khai các thử nghiệm ứng dụng thực tế. Đáng chú ý, việc sử dụng các chất khử có nguồn gốc thực vật trong quá trình tổng hợp không chỉ giúp nâng cao hiệu quả vật liệu mà còn giảm thiểu tác động môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển “xanh”.

Từ nền tảng vật liệu này, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công các lớp phủ polymer tích hợp nano bạc với khả năng kháng khuẩn và tự làm sạch. Các thử nghiệm cho thấy vật liệu có thể ức chế gần như hoàn toàn vi khuẩn E. coli, đồng thời phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ dưới tác động của ánh sáng. Những kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng trong bệnh viện, trường học và các không gian công cộng, nơi yêu cầu cao về vệ sinh và an toàn sức khỏe.

Ảnh chụp các mẫu lớp phủ đối chứng và mẫu lớp phủ chứa 2% nano lai ZnO-Ag được phun chất bẩn nhân tạo sau 14 chu kỳ thử nghiệm gia tốc UV (8 giờ chiếu UV/chu kỳ tại 60 oC).

Song song với đó, nghiên cứu về vật liệu nano cấu trúc hai chiều như graphene oxide (GO) và MXene cũng đạt được nhiều kết quả đáng chú ý. Với diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác mạnh với các ion, các vật liệu này khi được tích hợp thành điện cực composite cho phép loại bỏ hiệu quả muối, kim loại nặng và các chất ô nhiễm trong nước. Đặc biệt, hệ vật liệu có khả năng tái sinh qua nhiều chu kỳ sử dụng, giúp giảm chi phí vận hành và nâng cao tính bền vững.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn ngày càng gia tăng, các công nghệ xử lý nước dựa trên vật liệu nano mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc. Khả năng triển khai linh hoạt ở quy mô nhỏ và trung bình giúp các giải pháp này phù hợp với các khu vực ven biển, hải đảo và vùng nông thôn, góp phần đảm bảo an ninh nguồn nước và cải thiện chất lượng sống.

Một số kết quả nghiên cứu và đánh giá khả năng bảo quản của màng nanocomposite trên cơ sở chitosan chứa phức hợp nano rutin-cyclodextrin

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng phát triển thành công nhiều vật liệu nanocomposite sinh học trên cơ sở biopolymer và nguồn nguyên liệu tự nhiên. Các vật liệu này có thể được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng, thuốc nhuộm và vi sinh vật trong nước, đồng thời an toàn với con người và hệ sinh thái. Việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn.

Một hướng ứng dụng đáng chú ý khác là chế phẩm màng phủ sinh học dùng trong bảo quản nông sản. Sự kết hợp giữa chitosan và các hợp chất nano giúp tăng khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa, từ đó kéo dài thời gian bảo quản trái cây. Thử nghiệm cho thấy thời gian bảo quản có thể tăng hơn 60% trong điều kiện nhiệt độ phòng, đồng thời đảm bảo an toàn thực phẩm nhờ khả năng phân hủy sinh học.

Không chỉ đạt được các kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng, nhóm còn ghi dấu ấn thông qua các công bố khoa học quốc tế chất lượng cao, góp phần khẳng định vị thế của nghiên cứu vật liệu nano Việt Nam trên bản đồ khoa học thế giới. Đồng thời, nhiệm vụ cũng chú trọng đào tạo đội ngũ nghiên cứu kế cận, từng bước xây dựng nhóm nghiên cứu xuất sắc tiệm cận chuẩn quốc tế.

Trong bối cảnh các thách thức về môi trường, an toàn thực phẩm và phát triển bền vững ngày càng gia tăng, những kết quả đạt được từ nhiệm vụ không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mở ra các hướng tiếp cận thực tiễn đầy triển vọng. Đây là nền tảng quan trọng để tiếp tục phát triển, chuyển giao công nghệ và đưa vật liệu nano từ phòng thí nghiệm vào đời sống, góp phần nâng cao chất lượng sống và thúc đẩy phát triển bền vững tại Việt Nam.