新材料能将水变成燃料
加州理工学院和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员(伯克利实验室),在两年内,已知材料的数量几乎翻了一番潜在的用于太阳能燃料。他们通过开发一个进程有望加快商业上可行的发现太阳能燃料可以替代煤炭、石油和其他化石燃料。
太阳能能源,清洁能源研究的一个梦想,创建只使用阳光,水和二氧化碳(CO2)。研究人员正在探索一系列目标的燃料,氢气从液态碳氢化合物,生产这些燃料包括分裂水。
每个水分子由一个氧原子和两个氢原子。氢原子被提取,然后可以团聚来创建高度易燃的氢气或创建碳氢燃料的二氧化碳相结合,创造一个丰富的和可再生的能源。然而,问题是,水分子不简单地打破他们,如果他们这么做了,阳光照射时海洋不会覆盖大部分的行星。他们从太阳能催化剂需要一点帮助。
创建实际的太阳能燃料,科学家一直试图开发低成本和高效的材料,称为光电阳极,能够分解水的使用可见光作为能源。在过去的四十年里,研究人员确定,只有16种光电阳极材料。现在,使用一个新的高通量的方法识别新材料、领导的研究小组加州理工学院的约翰·格雷戈勒和伯克利实验室的杰弗里·Neaton和Qimin燕发现12个有希望的新光电阳极。
一篇论文的方法和新光电阳极出现本周3月6日的在线版《国家科学院院刊》上。新方法是通过伙伴关系联合开发中心人工光合作用(JCAP)在加州理工学院,和伯克利实验室的材料项目,利用资源在分子铸造和国家能源研究科学计算中心(·)。
”这种集成的理论和实验研究的蓝图在世界日益跨学科,”格雷戈勒说,光电催化JCAP推力协调员和高通量实验小组的领导人。“这是令人兴奋的发现12个新的潜在的生产太阳能光电阳极燃料,但更有新材料发现管道。”
“关于这项研究非常重要,结合实验和理论,是除了识别几个新化合物对太阳能燃料的应用程序,我们也能够学习新东西对底层材料的电子结构本身,“Neaton说,主任分子铸造。
之前的材料发现过程依靠单个化合物的繁琐的测试来评估他们的潜力在特定应用程序中使用。在新的过程中,格雷戈勒和他的同事计算和实验相结合的方法,首先挖掘材料数据库可能有用的化合物,筛选基于材料的属性,然后迅速使用高通量实验测试最有希望的候选人。
在美国国家科学院院刊中描述的工作,他们探索174金属钒酸盐类化合物包含元素和氧钒连同另一个元素周期表。格雷戈勒表示,这项研究揭示了不同的选择对于这个第三个元素可以生产多种不同规格的材料特性,并揭示了如何“调”这些属性更好的光电阳极。
“关键进展由团队结合最好的功能启用通过与小说理论和超级计算机高通量实验产生科学知识以前所未有的速度,”格雷戈勒说。
