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新型材料有望带来自给自足能源系统

来源:
时间:2015-11-04 12:14:22
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新型材料有望带来自给自足能源系统美国佛罗里达州立大学研究人员在最近一期《物理化学》杂志上发表论文称,他们开发出一种能模拟光合作用的人工材料,有望带来一种可持续的自给自足能源系统。可

美国佛罗里达州立大学研究人员在最近一期《物理化学》杂志上发表论文称,他们开发出一种能模拟光合作用的人工材料,有望带来一种可持续的自给自足能源系统。

可持续的自给自足能源系统应该对环境没有负面影响,不会产生二氧化碳和废水。但要建造这样一个系统,目前面临的难题是,如何设计出一种材料,既不会在分解水的过程中生锈,又能捕获能源,还要足够便宜以利于生产。

佛罗里达州立大学化学工程副教授何塞·门多萨-科特斯最初用氧化锰开发了一种多层材料,称为层状水钠锰(birnessite)。后来,他和研究团队把这种多层材料一层层地剥离,当只剩一层时,令人兴奋的事情发生了,它捕获光的速度大大提高。从技术上讲,它从一种间接带隙材料变成了直接带隙材料。

光能更容易地穿透间接带隙而不被吸收。硅是最常见的间接隙带材料,但要想让材料更有效,通常是把硅太阳能电池堆积起来,达数百微米厚。如果太薄,光会穿过材料。更理想的是造出一种单层材料,能有效捕获光,这样更加简单、廉价而且易于制造。

“所以直接带隙材料的发现才如此令人兴奋。它便宜、高效,而且不必捕获大量的光就能作为燃料发电。”门多萨-科特斯说,“理论上,这是一种自给自足的能源系统。或许将来,人们能把这种材料用在自家屋顶,在阳光照耀下把雨水变成能源。”

捕获阳光,然后用这些光能把水分解成氢气和氧气,这一过程叫做氧化。当植物利用光能分解水和碳水化合物时,发生的就是这种反应,也是植物的主要能量来源。据物理学家组织网11月2日报道,新发现为将这一过程用于制造新能源、实现零碳排放带来光明前景。


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