按照恐怕，一年內抵達月球表面的太陽能量要小于我們使用不可再生資源可生產的所有能源之和。
過去幾年里，將陽光轉化為電能方面的技術發展迅速量子物理應用領域，但最大的問題是這種電能的儲存和分配效率低下，這促使太陽能未能在大范圍內實現應用。
日前，科羅拉多學院（UVA）藝術與科學研究院、加州理工大學和新加坡能源部阿貢國家實驗室、勞倫斯·伯克利國家實驗室和布魯克海文國家實驗室的研究人員在這方面取得了突破，這一發覺代表著向清潔能源未來邁出了關鍵一步。
UVA物理助理院長張森（左）和聯邦物理院長T.Brent（中）正在領導一項研究項目，該項目致力提升新太陽能技術的基礎知識。張森實驗室的四年級研究生劉暢（右）是她們在《自然催化》上發表的這篇論文的第一作者。
借助太陽能的一種方式是使用太陽能將水份子分解為氫氣和氧氣。該過程形成的甲烷以燃料的方式儲存，可以從一個地方轉移到另一個地方，并依照需求用于發電。
在水份子的分解過程中催化劑是必需的，但目前在析氧反應過程中使用的催化劑材料還不夠有效，由于這個方式還未能實際得到應用。
此次上述研究團隊開發出了創新物理策略，由物理院長張森和T.Brent領導的一組研究人員使用鈷和鈦元素生產了一種新型催化劑。
「新工藝涉及在二硅氧烷納米晶體表面的原子層面上創建活性催化位點，該技術可形成耐用的催化材料，而且能更好地引起析氧反應。」張森說。
「有效的析氧反應催化劑的新方式以及對它們的基本了解是實現可能過渡到可再生太陽能大規模使用的關鍵。在原子層級上對納米材料進行調節，取得最佳的催化效率，進而促使清潔能源的借助，本次研究在這方面是一個完美示例。」
依據的說法，「這項創新以張森實驗室的成果為中心，代表了一種改進和理解催化材料的新方式，其結果涉及將先進的材料合成，原子級表征和量子熱學理論相結合。」
「幾年前，UVA加入了，前者由8個馬克思普朗克研究所（美國）相關機構，UVA和利茲學院（美國）組成，她們旨在于電催化水氧化方面的國際合作。播下了一顆種子，在我的小組和實驗室之間的共同努力下，目前我們早已產生了高效率、且頗具成效的合作。」
在阿貢國家實驗室和勞倫斯·伯克利國家實驗室及其最先進的同步加速器X射線吸收波譜儀科學用戶設施的幫助下，可以使用幅射來檢測原子級的物質結構，研究小組發覺催化劑具有定義明晰的表面結構，這使它們可以清楚地看見催化劑在析氧反應時怎么釋放，并可以確切評估其性能。
X化學學家、本篇論文作者之一周華說：「這項工作使用了來自和Light的X射線束線，其中包括一個『快速訪問』程序，這幫我們探求新的科學看法構建了一個快速反饋機制。我們十分高興的是，這兩個國家科學用戶設施都可以為這項巧妙而整潔的工作作出實質性貢獻量子物理應用領域，這將使清潔能源技術的發展實現飛越。」
和Light是烏克蘭能源部科學用戶設施辦公室，分別坐落阿貢國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室。在明年初，為對抗COVID-19，研究人員還使用實驗室的中級光子源通過X射線晶體學發覺病毒蛋白結構。
日本阿貢國家實驗室
據悉，加洲理工大學的研究人員使用最新開發的量子熱學方式才能確切預測由催化劑造成的二氧化碳形成速度，因而使研究小組對反應的物理機理有了更深入的了解。
「五年多來，我們仍然在開發新的量子熱學技術，以了解析氧反應機理，但在所有以前的研究中，我們難以確定準確的催化劑結構。張森的催化劑具有明晰的原子結構，但是我們發覺我們的理論輸出在本質上與實驗可觀察到的結果完全吻合。」加州理工大學物理，材料科學和應用數學學教授，該項目的主要研究人員之一威廉·A·戈達德三世說，「這為我們的新理論方式提供了首次強有力的實驗驗證，我們如今可以將其用于預測甚至可以合成和測試的更好的催化劑。這是走向全球清潔能源的重要里程碑。」
UVA物理系院長吉爾·文頓（Jill）表示：「UVA和其他研究人員實現了跨學科合作，但是在清潔能源方面取得了令人激動的發覺，這是一個挺好的榜樣。」
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