重磅｜科學家們找到能光解水的新材料，清潔能源之路正向我們走來
僅用了兩年時間，美國勞倫斯伯克利國家實驗室和加州理工學院的科學家們就使有希望被用於太陽能燃料的材料種類翻了近一番。該項研究加速推進了具有商業意義、可代替煤炭、石油和其他化石類燃料的新一代太陽能燃料的發展。
Molecular Foundry
為了實現清潔能源的夢想，科學家們希望僅僅使用陽光、水和二氧化碳就能製造太陽能燃料。研究人員正在拓展可能解決此問題的目標範圍，而其中的一種想法就是通過分解水產生氫氣。
水分子是由氧原子和氫原子組成。當氫原子被提取之後，它們能夠再聚集在一起產生極易燃燒的氫氣，或者同二氧化碳重組產生烴類燃料，以此創造一種豐富且可再生的能源。然而，問題在於太陽光照射水分子時，水分子並不會輕易分解。試想要是那樣的話，海洋就不會覆蓋我們星球表面的大部份，這需要催化劑的説明。
為了研製實用性強的太陽能燃料，科學家們正在嘗試使用可見光作為能量來源以研發低成本、高效的材料。
在過去四十年中，研究人員僅僅找到了16種光電陽極材料。而現在，加州理工學院的John Gregoire和勞倫斯伯克利國家實驗室的Jeffrey Neaton、 Kristin Persson、 Qimin Yan帶頭的研究團隊僅僅用了幾年時間就發現了12種有望作為光電陽極的材料。
研究人員使用高通量方法尋找新材料
這項新技術的研究成果於3月6日發表在美國國家科學院學報線上版上。在這項工作中，他們探索了174種金屬釩酸鹽，以及研究了如何選擇第三種元素來產生不同性能的材料，以及怎樣的元素組合才能開發出性能更好的光電陽極材料。
他們發現由釩、氧和第三種元素組成的化合物在可見光範圍內具有高度可調諧的電子結構，
該項新技術的研發由加州理工學院的人工光合作用聯合中心（JCAP，由加州理工學院和伯克利實驗室主導）和伯克利實驗室材料專案組合作完成，使用了Molecular Foundry 和NERSC（國家能源研究科學電腦中心）的相關資源。JCAP一直致力於找到一種低成本、高效地將陽光、水、二氧化碳轉化為燃料的方案。
在未來，新材料能夠將水轉化成燃料。研究人員正在使用高通量方法去搜尋新材料。
Molecular Foundry的負責人Neaton說：“這項研究尤其重要的意義在於將理論和實踐很好地結合了在一起，並且找到了幾種新的化合物能夠用於太陽能燃料，我們也能夠瞭解這些材料的電子結構。”
JCAP的光電催化專家、高通量實驗團隊的領導者Gregoire補充說道：“找到12種有望用於太陽能燃料的光電極陽材料真是一件令人激動的成果，但更重要的是找到了一條探索材料的新路子。”
先前開發新材料通常是通過“試錯”的方式，而現在我們可以利用材料資料庫和使用高通量計算方法快速地搜尋出最有希望的候選材料，這大大縮短了開發新材料的時間，高效並且很準確。
但更重要的是找到了一條探索材料的新路子。”先前開發新材料通常是通過“試錯”的方式，而現在我們可以利用材料資料庫和使用高通量計算方法快速地搜尋出最有希望的候選材料，這大大縮短了開發新材料的時間，高效並且很準確。