盡管將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)發(fā)展迅猛，但相關(guān)電力儲存和分配設(shè)備效率低下，使太陽能應(yīng)用受到很大限制。據(jù)外媒報道，弗吉尼亞大學(xué)、加州理工學(xué)院和美國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取得的突破性進(jìn)展或?qū)⑾@一過程中的關(guān)鍵障礙，將極大促進(jìn)清潔能源發(fā)展。

談到利用太陽能，有一種方法是利用光能將水分子分解成氧氣和氫氣。該過程產(chǎn)生的氫氣以燃料形式進(jìn)行儲存運輸，并根據(jù)需要用于發(fā)電。為了分解水分子，需要用到催化劑，但是目前用于析氧反應(yīng)的催化材料效率不夠高，在大規(guī)模應(yīng)用方面存在一定局限性。

鑒于這種情況，弗吉尼亞大學(xué)(UVA)的研究團(tuán)隊推出創(chuàng)新化學(xué)策略，利用鈷和鈦元素，制造新型催化劑。比起其他常用的含貴金屬催化材料(如銥或釕)，這些元素的儲量要豐富得多。該團(tuán)隊由 Sen Zhang和T。 Brent Gunnoe教授領(lǐng)導(dǎo)。Zhang表示：“新工藝通過在氧化鈦納米晶體表面的原子層面上創(chuàng)建活性催化點，從而產(chǎn)生耐用的催化材料，更好地觸發(fā)析氧反應(yīng)。開發(fā)生產(chǎn)高效析氧反應(yīng)催化劑的新方法，并進(jìn)行深入研究，是向大規(guī)模使用可再生太陽能過渡的關(guān)鍵?！?

這項工作可以成為完美例證，展示如何通過在原子層面調(diào)整納米材料，優(yōu)化催化劑效率，并用于清潔能源技術(shù)。據(jù)Gunnoe介紹，“作為了解和改進(jìn)催化材料的新方法，這一創(chuàng)新以Zhang的實驗室所取得的成果為核心，并將先進(jìn)材料合成、原子水平表征和量子力學(xué)理論整合在一起?！?

此項得到了研究阿貢國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室的幫助。通過其領(lǐng)先同步輻射X射線吸收光譜用戶設(shè)施(通過輻射檢測原子層面物質(zhì)結(jié)構(gòu))，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)催化劑具有明確的表面結(jié)構(gòu)，并清晰地看到催化劑在析氧反應(yīng)期間的演變過程，從而精確地評估其性能。阿貢X射線物理學(xué)家Hua Zhou表示：“這項研究使用了先進(jìn)光子源和先進(jìn)光源的X射線光束線?！毕冗M(jìn)光子光源(Advanced Photon Source)和先進(jìn)光源(Advanced Light Source )均為美國能源部科學(xué)辦公室用戶設(shè)施，分別位于阿貢和勞倫斯伯克利實驗室。

此外，加州理工學(xué)院(Caltech)的研究人員利用新開發(fā)的量子力學(xué)方法，能夠準(zhǔn)確預(yù)測催化劑產(chǎn)生氧氣的速率，為詳細(xì)了解反應(yīng)化學(xué)機(jī)制提供幫助。該項目的主要研究人員之一、加州理工學(xué)院的William A.Goddard III教授表示：“我們的理論輸出基本上與實驗結(jié)果完全一致，這是推動全球清潔能源發(fā)展的重要里程碑?！?