按照恐怕，一年內(nèi)抵達(dá)月球表面的太陽(yáng)能量要小于我們使用不可再生資源可生產(chǎn)的所有能源之和。
過(guò)去幾年里，將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能方面的技術(shù)發(fā)展迅速量子物理應(yīng)用領(lǐng)域，但最大的問(wèn)題是這種電能的儲(chǔ)存和分配效率低下，這促使太陽(yáng)能未能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
日前，科羅拉多學(xué)院（UVA）藝術(shù)與科學(xué)研究院、加州理工大學(xué)和新加坡能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在這方面取得了突破，這一發(fā)覺(jué)代表著向清潔能源未來(lái)邁出了關(guān)鍵一步。
UVA物理助理院長(zhǎng)張森（左）和聯(lián)邦物理院長(zhǎng)T.Brent（中）正在領(lǐng)導(dǎo)一項(xiàng)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目致力提升新太陽(yáng)能技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。張森實(shí)驗(yàn)室的四年級(jí)研究生劉暢（右）是她們?cè)凇蹲匀?a href='http://www.njxqhms.com/redianxinxi/15065.html' title='碳量子點(diǎn)電子傳輸能力的提高及光催化應(yīng)用研究' target='_blank'>催化》上發(fā)表的這篇論文的第一作者。
借助太陽(yáng)能的一種方式是使用太陽(yáng)能將水份子分解為氫氣和氧氣。該過(guò)程形成的甲烷以燃料的方式儲(chǔ)存，可以從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，并依照需求用于發(fā)電。
在水份子的分解過(guò)程中催化劑是必需的，但目前在析氧反應(yīng)過(guò)程中使用的催化劑材料還不夠有效，由于這個(gè)方式還未能實(shí)際得到應(yīng)用。
此次上述研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了創(chuàng)新物理策略，由物理院長(zhǎng)張森和T.Brent領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員使用鈷和鈦元素生產(chǎn)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(chuàng)建活性催化位點(diǎn)，該技術(shù)可形成耐用的催化材料，而且能更好地引起析氧反應(yīng)。」張森說(shuō)。
「有效的析氧反應(yīng)催化劑的新方式以及對(duì)它們的基本了解是實(shí)現(xiàn)可能過(guò)渡到可再生太陽(yáng)能大規(guī)模使用的關(guān)鍵。在原子層級(jí)上對(duì)納米材料進(jìn)行調(diào)節(jié)，取得最佳的催化效率，進(jìn)而促使清潔能源的借助，本次研究在這方面是一個(gè)完美示例。」
依據(jù)的說(shuō)法，「這項(xiàng)創(chuàng)新以張森實(shí)驗(yàn)室的成果為中心，代表了一種改進(jìn)和理解催化材料的新方式，其結(jié)果涉及將先進(jìn)的材料合成，原子級(jí)表征和量子熱學(xué)理論相結(jié)合。」
「幾年前，UVA加入了，前者由8個(gè)馬克思普朗克研究所（美國(guó)）相關(guān)機(jī)構(gòu)，UVA和利茲學(xué)院（美國(guó)）組成，她們旨在于電催化水氧化方面的國(guó)際合作。播下了一顆種子，在我的小組和實(shí)驗(yàn)室之間的共同努力下，目前我們?cè)缫旬a(chǎn)生了高效率、且頗具成效的合作。」
在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及其最先進(jìn)的同步加速器X射線吸收波譜儀科學(xué)用戶設(shè)施的幫助下，可以使用幅射來(lái)檢測(cè)原子級(jí)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究小組發(fā)覺(jué)催化劑具有定義明晰的表面結(jié)構(gòu)，這使它們可以清楚地看見催化劑在析氧反應(yīng)時(shí)怎么釋放，并可以確切評(píng)估其性能。
X化學(xué)學(xué)家、本篇論文作者之一周華說(shuō)：「這項(xiàng)工作使用了來(lái)自和Light的X射線束線，其中包括一個(gè)『快速訪問(wèn)』程序，這幫我們探求新的科學(xué)看法構(gòu)建了一個(gè)快速反饋機(jī)制。我們十分高興的是，這兩個(gè)國(guó)家科學(xué)用戶設(shè)施都可以為這項(xiàng)巧妙而整潔的工作作出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)量子物理應(yīng)用領(lǐng)域，這將使清潔能源技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)飛越。」
和Light是烏克蘭能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，分別坐落阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。在明年初，為對(duì)抗COVID-19，研究人員還使用實(shí)驗(yàn)室的中級(jí)光子源通過(guò)X射線晶體學(xué)發(fā)覺(jué)病毒蛋白結(jié)構(gòu)。
日本阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
據(jù)悉，加洲理工大學(xué)的研究人員使用最新開發(fā)的量子熱學(xué)方式才能確切預(yù)測(cè)由催化劑造成的二氧化碳形成速度，因而使研究小組對(duì)反應(yīng)的物理機(jī)理有了更深入的了解。
「五年多來(lái)，我們?nèi)匀辉陂_發(fā)新的量子熱學(xué)技術(shù)，以了解析氧反應(yīng)機(jī)理，但在所有以前的研究中，我們難以確定準(zhǔn)確的催化劑結(jié)構(gòu)。張森的催化劑具有明晰的原子結(jié)構(gòu)，但是我們發(fā)覺(jué)我們的理論輸出在本質(zhì)上與實(shí)驗(yàn)可觀察到的結(jié)果完全吻合。」加州理工大學(xué)物理，材料科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)教授，該項(xiàng)目的主要研究人員之一威廉·A·戈達(dá)德三世說(shuō)，「這為我們的新理論方式提供了首次強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們?nèi)缃窨梢詫⑵溆糜陬A(yù)測(cè)甚至可以合成和測(cè)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(zhǎng)吉爾·文頓（Jill）表示：「UVA和其他研究人員實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科合作，但是在清潔能源方面取得了令人激動(dòng)的發(fā)覺(jué)，這是一個(gè)挺好的榜樣。」
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