Научный прорыв может изменить технологии чистой энергии

По некоторым оценкам, количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли за один год, превышает сумму всей энергии, которую мы когда-либо могли бы произвести с использованием невозобновляемых ресурсов.

Технология, необходимая для преобразования солнечного света в электричество, быстро развивалась, но неэффективность в хранении и распределении этой энергии оставалась значительной проблемой, делая солнечную энергию непрактичной в больших масштабах. Однако прорыв исследователей  UVA (Университет Вирджинии), Калифорнийского технологического института и Аргонской национальной лаборатории Министерства энергетики США, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Национальной лаборатории Брукхейвена может устранить критическое препятствие этого процесса - открытие, которое представляет собой гигантский шаг в направлении экологически чистого энергетического будущего.

Катализатор для преобразования солнечного света в электричество

Одним из способов использования солнечной энергии является использование солнечного электричества для расщепления молекул воды на кислород и водород. Водород, образующийся в результате этого процесса, хранится в качестве топлива в форме, которая может передаваться из одного места в другое и использоваться для получения энергии по требованию. Для расщепления молекул воды на составляющие их части необходим катализатор, однако используемые в настоящее время в процессе каталитические материалы, известные также как реакция эволюции кислорода, недостаточно эффективны для того, чтобы процесс стал практичным.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Используя инновационную химическую стратегию, разработанную в UVA, группа исследователей под руководством профессоров химии Сен Жанга и Т. Брента Ганноэ создали новую форму катализатора с использованием элементов кобальта и титана. Преимущество этих элементов заключается в том, что они гораздо более распространены в природе, чем другие широко используемые каталитические материалы, содержащие драгоценные металлы, такие как иридий или рутений.

"Новый процесс предусматривает создание активных каталитических участков на атомном уровне на поверхности нанокристаллов оксида титана, метод, при котором получается долговечный каталитический материал и который лучше запускает реакцию кислородной эволюции". сказал Чжан. "Новые подходы к эффективным катализаторам кислородной эволюции и углубление фундаментальных знаний о них являются ключом к возможному переходу к масштабируемому использованию возобновляемой солнечной энергии. Эта работа является прекрасным примером того, как оптимизировать эффективность катализатора для технологии чистой энергии путем настройки наноматериалов в атомном масштабе".

По словам Гунноэ, "Эта инновация, основанная на достижениях лаборатории Чжан, представляет собой новый метод улучшения и понимания каталитических материалов, в результате которого происходит интеграция синтеза передовых материалов, характеризации атомного уровня и теории квантовой механики".

 "Несколько лет назад UVA присоединился к консорциуму MAXNET Energy, состоящему из восьми институтов Макса Планка (Германия), UVA и Кардиффского университета (Великобритания), который объединил международные совместные усилия, сосредоточенные на электрокаталитическом окислении воды. MAXNET Energy стала семенем сегодняшних совместных усилий моей группы и лаборатории Чжан, которые были и остаются плодотворными и продуктивными", - сказал Ганноэ.

С помощью Национальной лаборатории Аргонны и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, а также их современной синхротронной рентгеновской абсорбционной спектроскопии, использующей излучение для исследования структуры вещества на атомном уровне, исследовательская группа обнаружила, что катализатор имеет четко определенную структуру поверхности, что позволяет им четко видеть, как катализатор развивается в процессе эволюции кислорода, и точно оценивать его работу.

В работе были использованы рентгеновские лучи от усовершенствованного источника фотонов и усовершенствованного источника света, включая часть программы "быстрого доступа", предназначенной для быстрой обратной связи, для исследования возникающих или насущных научных идей", - сказал в статье физик-рентгенолог Аргонна Хуа Чжоу (Hua Zhou), соавтор статьи. "Мы очень рады, что оба национальных центра научных пользователей могут внести существенный вклад в такую умную и аккуратную работу по расщеплению воды, которая позволит сделать скачок вперед в технологиях чистой энергии".

И Усовершенствованный источник фотонов, и Усовершенствованный источник света - это офисы научных пользователей Министерства энергетики США (МЭ), расположенные в Национальной лаборатории Аргонна при МЭ и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, соответственно. 

Кроме того, исследователи Caltech, используя недавно разработанные методы квантовой механики, смогли точно предсказать скорость производства кислорода, обусловленную катализатором, что дало группе детальное представление о химическом механизме реакции.

"Более пяти лет мы разрабатывали новые методы квантовой механики для понимания механизма реакции эволюции кислорода, но во всех предыдущих исследованиях мы не могли быть уверены в точной структуре катализатора. Катализатор Чжана имеет четко определенную атомную структуру, и мы находим, что наши теоретические результаты, по сути, находятся в точном соответствии с экспериментальными обсерваториями", - сказал Уильям А. Годдард III, профессор химии, материаловедения и прикладной физики в Caltech и один из главных исследователей проекта. "Это обеспечивает первое сильное экспериментальное подтверждение наших новых теоретических методов, которые мы теперь можем использовать для предсказания еще лучших катализаторов, которые могут быть синтезированы и испытаны". Это важная веха на пути к глобальной экологически чистой энергетике".

"Эта работа является прекрасным примером совместной работы UVA и других исследователей в направлении чистой энергии и захватывающих открытий, которые происходят из этого междисциплинарного сотрудничества", - сказал Джилл Вентон (Jill Venton), заведующий кафедрой химии UVA. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet