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新的材料制作工艺将加速太阳能商业化进程
2017-03-24

  新的材料制作工艺将加速太阳能商业化进程

  


  科学家们发现了一系列可用于生产太阳能的新材料。

  加州理工学院(Caltech)和劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人员发现了一种可加速太阳能燃料商业化的新工艺,这一进展将可能取代煤、石油及其他化石燃料。

  太阳能的生产仅需阳光、水和二氧化碳。科学家们正在探寻氢气、液烃态等目标燃料,这些目标燃料的形成涉及水的分解过程。

  水分子中的氢原子被提取出来并重新组合便可形成极易燃的氢气,若其与二氧化碳结合则可形成烃类燃料。由此人们将可创造丰富的可再生能源。然而,水分子通过简单的阳光照射无法发生分裂,这个过程的顺利进行还需要一种太阳能催化剂的辅助。

  科学家们一直尝试开发一种被称为光阳极的低成本高效材料,该材料能以可见光为能量来源分解水。过去四十年,研究人员已经确认了16种光阳极材料。然而一种确认新材料的高效方法直接为新的光阳极材料提供了12条线索。

  “在多学科相互交融的世界,理论与实验相结合是进行研究的根本,”人工光合作用联合中心(Joint Center for Artificial Photosynthesis)推力协调员及高通量实验小组(High Throughput Experimentation group)的组长John Gregoire在一份声明中说道,“虽然发现可制造太阳能的12种潜在光阳极令人很兴奋,但现在更需要一种不断进步的新材料发现途径。”

  伯克利实验室(Berkeley Lab)Jeffrey Neaton对研究进行解释。Neaton在一份声明中说:“这个研究将实验与理论相结合,其重要意义在于它不仅确认了几种可用于太阳能应用的新化合物,更使我们从中学到一些关于材料本身基本电子结构的新知识。”

  科学家们以前依赖于对个别化合物的繁琐测试来评估它们在特定应用中的潜在用途。然而,新的过程结合了计算和实验的方法:首先挖掘材料数据库里潜在有用的化合物并基于材料性能进行筛选;然后,研究人员可通过高效实验快速测试出最具潜力的材料。

  研究小组对含钒及氧及另外一种元素的174金属钒酸盐化合物进行探索。Gregoire的研究表明选择不同的第三种元素可产生不同性能的材料,并对如何协调这些特性制作出更好的光电阳极进行了探讨。

  Gregoire说:“团队所取得的主要进展是将理论和超级计算机计算结果得出的最佳性能与新型高通量实验结合起来,从而以前所未有的速度产生新知识。”

  原文链接:Researchers Identify New Materials That Could Yield Solar Fuels.

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