Они сделали так, развивая процесс, который обещает ускорить открытие коммерчески жизнеспособного солнечного топлива, которое могло заменить уголь, нефть и другое ископаемое топливо.Солнечное топливо, мечта об исследовании экологически чистой энергии, создано, используя только солнечный свет, воду и углекислый газ (CO2). Исследователи исследуют диапазон целевого топлива, от водородного газа до жидких углеводородов, и производят любое это топливо, включает разделяющуюся воду.Каждая молекула воды состоит из атома кислорода и двух водородных атомов.
Водородные атомы извлечены, и затем могут быть воссоединены, чтобы создать очень легковоспламеняющийся водородный газ или объединены с CO2, чтобы создать топливо углеводорода, создав многочисленный и возобновляемый источник энергии. Проблема, однако, состоит в том, что молекулы воды просто не ломаются, когда солнечный свет сияет на них – если бы они сделали, океаны не покрыли бы большую часть планеты. Они нуждаются в небольшой помощи от катализатора на солнечной энергии.Чтобы создать практическое солнечное топливо, ученые пытались развивать недорогие и эффективные материалы, известные как фотоаноды, которые способны к разделению водного использования видимого света как источник энергии.
За прошлые четыре десятилетия исследователи определили только 16 из этих материалов фотоанода. Теперь, используя новый метод высокой пропускной способности идентификации новых материалов, команда исследователей во главе с Джеффри Нитоном John Gregoire and Berkeley Lab Калифорнийского технологического института и Кименом Яном нашла 12 многообещающих новых фотоанодов.Статья о методе и новых фотоанодах появляется неделя от 6 марта в выпуске онлайн Слушаний Национальной академии наук. Новый метод был разработан через сотрудничество между Совместным Центром Искусственного Фотосинтеза (JCAP) в Калифорнийском технологическом институте и Проектом Материалов Berkeley Lab, используя ресурсы на Молекулярном Литейном заводе и Национальном энергетическом Исследовании Научный Вычислительный центр (NERSC).
«Эта интеграция теории и эксперимента – проект проведения исследования во все более и более междисциплинарном мире», говорит Грегуар, координатор толчка JCAP для Photoelectrocatalysis и лидер Высокой группы Экспериментирования Пропускной способности. «Захватывающе найти 12 новых потенциальных фотоанодов для того, чтобы сделать солнечное топливо, но еще больше иметь новый трубопровод открытия материалов продвижение».«Что является особенно значительным об этом исследовании, которое объединяет эксперимент и теорию, то, что в дополнение к идентификации нескольких новых комплексов для солнечных приложений топлива, мы также смогли узнать что-то новое об основной электронной структуре самих материалов», говорит Нитон, директор Молекулярного Литейного завода.
Предыдущие процессы открытия материалов полагались на тяжелое тестирование отдельных комплексов, чтобы оценить их потенциал для использования в определенных заявлениях. В новом процессе Gregoire и его коллеги объединили вычислительные и экспериментальные подходы, сначала произведя интеллектуальный анализ баз данных материалов для потенциально полезных комплексов, показав его на основе свойств материалов, и затем быстро проверив самых многообещающих кандидатов, использующих экспериментирование высокой пропускной способности.В работе, описанной в газете PNAS, они исследовали 174 металла vanadates – комплексы, содержащие ванадий элементов и кислород наряду с еще одним элементом от периодической таблицы.
Исследование, Грегуар говорит, показывает, как различный выбор для этого третьего элемента может произвести материалы с различными свойствами и показывает, как «настроить» те свойства сделать лучший фотоанод.«Ключевой прогресс, сделанный командой, должен был объединить лучшие возможности, позволенные теорией и суперкомпьютерами с новыми высокими экспериментами пропускной способности, чтобы произвести научные знания по беспрецедентному уровню», говорит Грегуар.