Credit: CC0公共领域都柏林三一学院的科学家们正在寻找一种配方，这种配方将使未来能够生产完全可再生的清洁能源，而水将是唯一的废物。利用他们在化学、理论物理和人工智能方面的专业知识，该团队现在正在微调配方，真诚地相信看似不可能的事情总有一天会成为现实。
两年前报道的这一领域的初步工作产生了希望。这一承诺在刚刚发表在权威期刊《细胞报告物理科学》上的激动人心的工作中被显著放大了。
一首歌的能量——理论和问题
减少人类的二氧化碳(CO2)排放可以说是21世纪文明面临的最大挑战——特别是考虑到全球人口的增长和随之而来的能源需求的增加。
一个希望的灯塔是这样一个想法，我们可以使用可再生电力来分解水(H2O)以生产绿色、富含能量的氢(H2)，然后可以储存并用于燃料电池。在风能和太阳能产生电能来分解水的情况下，这是一个特别有趣的前景，因为这将允许我们储存能量，以便在这些可再生能源不可用时使用。
然而，本质问题是水非常稳定，需要大量能量才能分解；使用比你从这种努力中获得的能量多得多的能量是没有意义的。一个特别需要清除的主要障碍是与氧气产生相关的“超电势”，这是分解水产生H2的瓶颈反应。
尽管某些元素能有效分解水，如钌或铱，但这些元素的价格昂贵，而且在全球范围内难以商业化。其他更便宜的选择往往在效率和/或稳健性方面受到影响。事实上，目前还没有人发现在相当长的一段时间内具有成本效益和稳健性的催化剂。
那么，这样的谜语怎么解呢？在你想象实验室外套、眼镜、烧杯和奇怪的气味之前停下来；这项工作完全是通过计算机完成的。
通过将化学家和理论物理学家聚集在一起，最新突破背后的三一团队将化学智能与非常强大的计算机相结合，找到了催化的“圣地”之一。
团队发现了什么？
然后:两年前，该团队发现，科学一直低估一些更具反应性的催化剂的活性，结果，可怕的“超电势”障碍似乎更容易清除。此外，在完善一个长期以来被接受的用于预测水分解催化剂效率的理论模型时，他们使得寻找难以捉摸的“绿色子弹”催化剂变得容易得多。
现在:他们随后使用自动组合方法和先进的量子化学建模进行的研究，已经确定了九种富含地球的金属和配体组合(将它们粘合在一起产生催化剂)是非常有希望的实验研究线索。
三种金属(铬、锰、铁)对团队来说特别有希望。数以千计的基于这些关键成分的催化剂现在可以放在一个熔炉里，随着对神奇组合的寻找继续进行，评估它们的能力。
马克斯·加西亚-梅尔彻尔是三一学院化学助理教授，也是这项里程碑式研究的资深作者。他说:
“两年前，我们的工作让寻找催化剂圣杯的工作看起来更容易管理。现在，我们又向前迈出了一大步，显著缩小了搜索范围，加快了搜索速度。
“直到最近，我们还在大海捞针。在减小了干草堆的尺寸后，我们现在已经收集了大量剩余的干草。为了有一个规模感，两年前我们筛选了17种催化剂。现在我们已经筛选了444个，相信用不了多久，我们就会有一个包含80，000个“可筛选”催化剂的数据库。
“‘我们如何才能可持续地生活？’这可以说是21世纪社会面临的最大、最紧迫的问题。我相信来自所有学科的研究人员都可以帮助回答这个问题，我们觉得我们追求的一个特别优势是我们正在采取的多学科方法。"
三一学院的博士生迈克尔·克雷格是这篇期刊文章的第一作者。他补充道:
“科学似乎有希望为世界提供完全可再生的能源，这项最新的工作为优化储存这种能源的可持续方式提供了理论基础，并通过确定最有希望的特定金属而超越了这一点。
“许多研究都集中在有效但极其昂贵的金属上，尽管这些金属非常罕见，无法为社会储存足够的氢气。我们专注于寻找一个长期可行的选择。我们希望我们会。”
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