拉斯·巴霍尔斯基，阿尔贡国家实验室 信用:Pixabay/CC0公共域 据估计，一年中到达地球表面的太阳能总量超过了我们使用不可再生资源所能生产的全部能量总和
将太阳光转化为电能所需的技术发展迅速，但电能储存和分配的低效率仍然是一个重大问题，使得太阳能在大规模上不切实际
然而，弗吉尼亚大学艺术与科学学院和研究生院、加州理工学院和美国大学的研究人员取得了突破
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能源部的阿尔贡国家实验室、劳伦斯·伯克利国家实验室和布鲁克海文国家实验室可以消除这一过程中的一个关键障碍，这一发现代表着朝着清洁能源的未来迈出了一大步
利用太阳能的一种方法是利用太阳能将水分子分解成氧气和氢气
这一过程产生的氢气以燃料的形式储存起来，可以从一个地方转移到另一个地方，根据需要用来发电
为了将水分子分解成其组成部分，催化剂是必要的，但是目前在该过程中使用的催化材料，也称为析氧反应，不足以使该过程实用化
然而，由化学教授张森和T
布伦特·贡诺利用元素钴和钛生产了一种新型催化剂
这些元素的优点是它们在自然界中比其他常用的含贵金属如铱或钌的催化材料丰富得多
“新的工艺包括在氧化钛纳米晶体表面的原子水平上产生活性催化位点，这种技术可以产生耐用的催化材料，并且更好地触发析氧反应
”张说道
“高效析氧反应催化剂的新方法和对它们的更深入的基础理解是实现可再生太阳能规模化使用的关键
这项工作是如何通过在原子尺度上调整纳米材料来优化清洁能源技术的催化剂效率的完美范例
" 根据Gunnoe的说法，“这一创新以张实验室的成果为中心，代表了一种改进和理解催化材料的新方法，其结果涉及先进材料合成、原子级表征和量子力学理论的集成
" “几年前，UVA加入了由八个马克斯·普朗克研究所(德国)、UVA和卡迪夫大学(英国)组成的MAXNET能源联盟，该联盟汇集了专注于电催化水氧化的国际合作努力
格诺说:“我们集团和张实验室目前的合作是建立在MAXNET Energy的基础上的，这种合作已经并将继续是富有成效的合作。”
在阿尔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加速器x光吸收光谱用户设备的帮助下，研究小组发现催化剂具有明确的表面结构，使他们能够清楚地看到催化剂在析氧反应过程中是如何演变的，并使他们能够准确地评估其性能
该论文的合著者阿贡x光物理学家周华说:“这项工作使用了来自高级光子源和高级光源的x光光束线，包括一个‘快速访问’程序的一部分，该程序被预留用于快速反馈回路，以探索紧急或紧迫的科学想法。”
“我们非常兴奋的是，这两个国家的科学用户设施能够为如此巧妙和整洁的水分离工作做出实质性贡献，这将为清洁能源技术提供一个飞跃
" 高级光子源和高级光源都是U
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能源部科学用户设备办公室，分别位于能源部阿尔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产生速率，这为团队提供了对反应化学机制的详细理解
“五年多来，我们一直在开发新的量子力学技术来理解析氧反应机理，但在所有以前的研究中，我们无法确定确切的催化剂结构
张的催化剂具有明确的原子结构，我们发现我们的理论输出基本上与实验观测值完全一致，”威廉·A说
戈达德三世是加州理工学院的化学、材料科学和应用物理学教授，也是该项目的主要研究者之一
“这为我们的新理论方法提供了第一次强有力的实验验证，我们现在可以用它来预测更好的催化剂，可以合成和测试
这是全球清洁能源的一个重要里程碑
" 弗吉尼亚大学化学系主席吉尔·文顿说:“这项工作是弗吉尼亚大学和其他研究人员致力于清洁能源的团队努力以及这些跨学科合作带来的令人兴奋的发现的一个很好的例子。”
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