不騙你這次是真的！新材料可以將水變成未來的燃料！

在美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）和加利福尼亞理工學院（加利福尼亞理工），科學家們在短短兩年時間裡研究出的可以用於太陽能燃料的材料的數量以及幾乎翻了一番。

他們是通過開發一個新流程做到的，這將加速開發出商業上可行的太陽能燃料，來取代煤，石油和其他化石燃料。

太陽能燃料是一種清潔能源研究的夢想，只使用陽光，水和二氧化碳。 研究人員正在探索一系列可能的目標燃料，其中一種可能性就是通過分解水來產生氫。

每個水分子由氧原子和兩個氫原子組成。 提取氫原子，然後可以重新組合以產生高度易燃的氫氣或與CO 2組合以產生烴燃料，產生豐富和可再生的能源。 然而，問題是，當陽光照射在水分子上時，水分子不會簡單地分解——顯而易見，如果他們能這麼簡單的分解掉，海洋就不會覆蓋地球的大部分。 他們需要來自太陽能動力催化劑的一點幫助

為了產生實用的太陽能燃料，科學家一直試圖開發低成本和高效的材料，並且僅使用可見光作為能量源來執行必要的化學反應。

在過去四十年里，研究人員只找到了這些「光電陽極」材料中的16種。 現在，由Caltech的John Gregoire和Berkeley實驗室的Jeffrey Neaton，Kristin Persson和Qimin Yan領導的一個研究小組利用新的高通量方法鑒定新材料，發現了12個有前景的新型光電陽極。

相關方法和新的光電陽極的論文發表在3月6日的周在國家科學院學報的在線版上邊。

新方法是通過人工光合作用聯合中心（JCAP）和伯克利實驗室材料項目共同開發的，利用了分子鑄造廠和國家能源研究科學計算中心（NERSC）的資源。 JCAP是一個能源部能源創新中心，致力於開發一種將陽光，水和二氧化碳轉化為燃料的具成本效益的方法。 它由加州理工學院與伯克利實驗室主導合作夥伴。 其中材料項目是設在伯克利實驗室的DOE計劃，旨在消除各種應用中材料設計方面的猜測。 分子鑄造廠和NERSC都位於伯克利實驗室的DOE科學辦公室。

新材料可以將水變成未來的燃料

研究人員正在使用一種新的高通量方法來鑒定新材料。

作者：加州理工學院

「這項研究特別重要，它結合了實驗和理論，除了確定太陽能燃料應用的幾種新化合物之外，我們還能夠了解一些關於材料本身的基本電子結構的新東西，」分子鑄造廠的主任Neaton說。

JCAP光電催化協調員和高通量實驗組的領導者Gregoire，補充道：「找到12個新的潛在光電陽極製造太陽能燃料是令人興奮的，但更重要的是有一個新的材料發現途徑。

先前的材料發現過程依賴於對單個化合物的繁瑣測試以評估其在特定應用中的使用的潛力。 相反這一次，科學家通過首先挖掘潛在有用化合物的材料資料庫，然後使用高通量實驗快速測試最有希望的候選者，從而結合計算和實驗方法得出結果。

在PNAS論文中，他們探索了174種金屬釩酸鹽——含有元素釩和氧以及元素周期表中的一種元素的化合物（保密喲）。 研究揭示了該第三種元素的不同選擇如何產生具有不同性質的材料，並揭示如何「調節」這些性質以製造更好的光電陽極。

NERSC的計算資源執行了數百種全面的高通量理論計算，分子鑄造廠的軟體和專業技術使科學家們能夠分析和理解最有前途的光電陽極材料候選。

通過分析材料項目資料庫中近200種化合物，科學家發現由釩，氧和第三元素組成的化合物具有高度可調的電子結構，在可見光範圍內具有帶隙，這獨特地有利於水的氧化。

「重要的是，我們能夠解釋他們的可調諧性的起源，並確定幾個有前景的釩酸鹽光電陽極化合物，」Neaton說。

Gregoire補充說：「團隊的關鍵進步是將理論和超級計算機提供的最佳功能與新型高通量實驗相結合，以前所未有的速度生成科學知識。

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