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新型材料有望帶來自給自足能源系統

作者:宋檢 時間:2022-11-16 來源:互聯網

美國佛羅里達州立大學研究人員在*近一期《物理化學》雜志上發表論文稱,他們開發出一種能模擬光合作用的人工材料,有望帶來一種可持續的自給自足能源系統。

可持續的自給自足能源系統應該對環境沒有負面影響,不會產生二氧化碳和廢水。但要建造這樣一個系統,目前面臨的難題是,如何設計出一種材料,既不會在分解水的過程中生銹,又能捕獲能源,還要足夠便宜以利于生產。

佛羅里達州立大學化學工程副教授何塞·門多薩-科特斯*初用氧化錳開發了一種多層材料,稱為層狀水鈉錳(birnessite)。后來,他和研究團隊把這種多層材料一層層地剝離,當只剩一層時,令人興奮的事情發生了,它捕獲光的速度大大提高。從技術上講,它從一種間接帶隙材料變成了直接帶隙材料。

光能更容易地穿透間接帶隙而不被吸收。硅是*常見的間接隙帶材料,但要想讓材料更有效,通常是把硅太陽能電池堆積起來,達數百微米厚。如果太薄,光會穿過材料。更理想的是造出一種單層材料,能有效捕獲光,這樣更加簡單、廉價而且易于制造。

“所以直接帶隙材料的發現才如此令人興奮。它便宜、高效,而且不必捕獲大量的光就能作為燃料發電。”門多薩-科特斯說,“理論上,這是一種自給自足的能源系統。或許將來,人們能把這種材料用在自家屋頂,在陽光照耀下把雨水變成能源。”

捕獲陽光,然后用這些光能把水分解成氫氣和氧氣,這一過程叫做氧化。當植物利用光能分解水和碳水化合物時,發生的就是這種反應,也是植物的主要能量來源。據物理學家組織網11月2日報道,新發現為將這一過程用于制造新能源、實現零碳排放帶來光明前景。

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