新型材料有望带来自给自足能源系统

     发布日期:2015-11-10 阅读次数:

来源: 科技日报

 

       层状水钠锰示意图

        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。