人类化学研究新突破——清洁可再生的神秘能源将变为现实

时间:2022-02-06 00:17

本文摘要:凭据一些预计,一年到达地球外貌的太阳能数量比我们使用不行再生资源生产的所有能源的总和还要多。将太阳光转化为电能所需的技术生长迅速,但电能的储存和分配效率低下仍是一个重要问题,这使得太阳能无法大规模地使用。然而,美国弗吉尼亚大学文理学院和研究生院、加州理工学院以及美国能源部阿贡国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究人员的一项突破,可以消除这一历程中的一个关键障碍,这一发现代表着向清洁能源的未来迈出了一大步。

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凭据一些预计,一年到达地球外貌的太阳能数量比我们使用不行再生资源生产的所有能源的总和还要多。将太阳光转化为电能所需的技术生长迅速,但电能的储存和分配效率低下仍是一个重要问题,这使得太阳能无法大规模地使用。然而,美国弗吉尼亚大学文理学院和研究生院、加州理工学院以及美国能源部阿贡国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究人员的一项突破,可以消除这一历程中的一个关键障碍,这一发现代表着向清洁能源的未来迈出了一大步。使用太阳能的一种方法是使用太阳能发电将水分子破裂成氧气和氢气。

该历程发生的氢气作为燃料储存起来,以一种可以从一个地方转移到另一个地方的形式,并在需要时用于发电。为了将水分子破裂成其组成部门,需要一种催化剂,但现在在该历程中使用的催化质料,也就是氧进化反映,效率不够高,无法使该历程实用化。然而,使用在弗吉尼亚大学开发的创新化学计谋,由化学教授Sen Zhang和T. Brent Gunnoe向导的研究小组使用钴和钛元素生产了一种新形式的催化剂。

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"新工艺涉及在纳米氧化钛晶体外貌的原子水平上建立活性催化位点,这种技术可以发生一种耐用的催化质料,而且这种质料能更好地引发氧进化反映。" 张开国说。

"高效氧进化反映催化剂的新方法和增强对其的基本认识是实现可再生太阳能可能向规模化使用过渡的关键。这项事情是一个完美的例子,说明如何通过在原子尺度上调整纳米质料来优化清洁能源技术的催化剂效率。"Gunnoe称:"这项以Zhang实验室的结果为焦点的创新,代表了一种革新和明白催化质料的新方法,由此发生的努力涉及先进质料合成、原子水平表征和量子力学理论的整合。

" "几年前,UVA加入了MAXNET能源同盟,该同盟由8个马克斯-普朗克研究所(德国)、UVA和卡迪夫大学(英国)组成,该同盟搜集了专注于电催化水氧化的国际互助努力。贡诺说:"MAXNET能源是我的小组和张实验室现在配合努力的种子,这已经并将继续是一个富有成效的互助。在阿贡国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室及其最先进的同步辐射X射线吸收光谱用户设施的资助下,研究小组发现催化剂具有明确的外貌结构,这使他们能够清楚地看到催化剂在氧进化反映的同时是如何演变的,并使他们能够准确地评估其性能。

"这项事情使用了来自高级光子源和高级光源的X射线光束线,包罗为快速反馈循环预留的一部门'快速会见'法式,以探索新泛起的或紧迫的科学想法,"阿贡X射线物理学家周华说,他是论文的配合作者。"我们很是兴奋,这两个国家科学用户设施能够实质性地促进这种智慧而整洁的分水事情,这将为清洁能源技术提供一个飞跃性的进步。

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"先进光子源和先进光源都是美国能源部(DOE)的科学用户设施办公室,划分位于DOE的阿贡国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室。此外,加州理工学院的研究人员,使用新开发的量子力学方法,能够准确预测催化剂引起的氧气生成速率,这为团队提供了对该反映化学机制的详细相识。"五年多来,我们一直在开发新的量子力学技术来明白氧进化反映机制,但在之前的所有研究中,我们无法确定催化剂简直切结构。

Zhang的催化剂具有明确的原子结构,我们发现,我们的理论输出与实验可观察物基本完全一致。"加州理工学院化学、质料科学和应用物理学教授、该项目主要研究者之一William A. Goddard III说。

"这为我们的新理论方法提供了第一个强有力的实验验证,我们现在可以用它来预测可以合成和测试的更好的催化剂。这是迈向全球清洁能源的一个重要里程碑。

""这项事情是一个很好的例子,说明晰UVA和其他研究人员为实现清洁能源所做的团队努力,以及这些跨学科互助带来的令人兴奋的发现,"UVA化学系主任Jill Venton说。


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