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目(mu)前(qian)，全球綠色能源(yuan)發展如(ru)(ru)火(huo)如(ru)(ru)荼，哪些領(ling)域(yu)具有(you)更好的發展潛力(li)?哪些新興技術(shu)需要(yao)密切關(guan)注(zhu)?近日，美國化學文摘社(CAS)根(gen)據(ju)該(gai)社期刊發表的文獻進(jin)行匯總(zong)分析，提(ti)出了五(wu)大需要(yao)密切關(guan)注(zhu)的新興領(ling)域(yu)。

CAS表示，2018年至(zhi)2022年，綠(lv)色能源領(ling)域(yu)出(chu)現了幾種存在潛在未來機遇的細分(fen)領(ling)域(yu)。根據文獻(xian)熱度(du)，具有最強增長趨勢(shi)的五大領(ling)域(yu)是電池、氫(qing)能、太陽能電池、新材(cai)料和光(guang)熱能源。

新型電池將解決安全問題

CAS表示，電(dian)(dian)(dian)池(chi)領(ling)域是綠色能(neng)源研(yan)究(jiu)的最大(da)熱點。其(qi)中(zhong)，鋰離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)因其(qi)高(gao)能(neng)量密(mi)度已被(bei)用作便(bian)攜式(shi)(shi)設備和新能(neng)源汽車的常用電(dian)(dian)(dian)池(chi)，而(er)鉛酸(suan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)則仍常用于便(bian)攜式(shi)(shi)和固定式(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)力存儲。然而(er)，鋰離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)存在(zai)安全問題，尤其(qi)是存在(zai)火災隱(yin)患，而(er)鉛酸(suan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)則有明顯的毒性(xing)。目前，研(yan)究(jiu)人員仍在(zai)尋找其(qi)他更安全的儲電(dian)(dian)(dian)方式(shi)(shi)。

CAS表示，目前值得注(zhu)意(yi)的是(shi)(shi)兩種新型電池。水基鋅離子電池是(shi)(shi)鉛(qian)酸電池的潛在替代品(pin)。此類(lei)電池于2018年由美國(guo)(guo)馬里蘭大學研制成功，隨后(hou)，各(ge)國(guo)(guo)研究(jiu)者(zhe)開(kai)始爭(zheng)相對其展開(kai)研究(jiu)。這種電池更環保，且價格低、無毒(du)，正在被研究(jiu)作為(wei)鉛(qian)酸電池的替代品(pin)。

另一項重要的(de)研究領域是(shi)固態(tai)(tai)鋰(li)離(li)(li)(li)子電池(chi)。現存的(de)鋰(li)離(li)(li)(li)子電池(chi)降解快，有火災隱患且毒性高。然而，由于其充電速(su)度(du)快且易(yi)于制(zhi)造，仍被廣泛使用。目(mu)前的(de)研究顯示，固態(tai)(tai)鋰(li)離(li)(li)(li)子電池(chi)的(de)充放(fang)電速(su)度(du)可達鋰(li)離(li)(li)(li)子電池(chi)的(de)數倍，還可容納更多電量(liang)。

CAS表(biao)示，未來(lai)，這些新型電(dian)池(chi)(chi)的成功開發將使(shi)整個電(dian)池(chi)(chi)行業更加安(an)全。固(gu)態鋰電(dian)池(chi)(chi)不僅減(jian)少了火災隱患(huan)，而(er)且(qie)不使(shi)用(yong)液態電(dian)解質，整體污染也將減(jian)少。

制儲氫呼喚飛躍性技術

CAS表(biao)示，氫已(yi)成為一種頗有前景的化石(shi)燃(ran)料替代品，在(zai)很多能源相關領域更加(jia)適(shi)用(yong)，但(dan)氫仍然面臨(lin)儲存(cun)和生(sheng)產的難題(ti)。

液氫(qing)(qing)被認為(wei)是儲存氫(qing)(qing)最有效(xiao)的(de)方法(fa)(fa)，研究人員(yuan)正在尋找利(li)用液氫(qing)(qing)的(de)新方法(fa)(fa)，如(ru)果利(li)用得當，液氫(qing)(qing)儲存可實現新型燃料電池(chi)驅動汽車(che)，并降(jiang)低(di)石油精煉、化肥生產等方面的(de)成(cheng)本。

使(shi)用異質結光(guang)催化劑(ji)進行(xing)水分解則是(shi)制氫(qing)方面的(de)最(zui)新研究方向，也是(shi)潛在的(de)飛躍(yue)性技(ji)術(shu)。CAS介紹，光(guang)催化劑(ji)作用下，只需利用水和(he)陽光(guang)即可產生(sheng)氫(qing)氣。但由于(yu)效(xiao)率低和(he)不合適的(de)能帶位置，主(zhu)要的(de)挑戰(zhan)在于(yu)找到或開發這(zhe)些催化劑(ji)。一旦克服了這(zhe)些障礙，便有(you)望降低氫(qing)的(de)成本(ben)，從而使(shi)其成為(wei)首選燃料來源。

太陽能電池尋求降本增效

CAS表示，太陽能(neng)電(dian)池(chi)在(zai)(zai)學術(shu)界和商業上都受到(dao)越來越多(duo)的關注。隨著眾(zhong)多(duo)行業都在(zai)(zai)尋求更可持續的方案(an)，太陽能(neng)電(dian)池(chi)的降(jiang)本增效研究(jiu)正在(zai)(zai)增多(duo)。因此，有兩種太陽能(neng)電(dian)池(chi)研究(jiu)正在(zai)(zai)受到(dao)關注。

首先是太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)的(de)非富勒烯(xi)受體(ti)。CAS介紹，有機太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)的(de)性(xing)能(neng)(neng)已(yi)有所提高(gao)，但最(zui)常用(yong)的(de)富勒烯(xi)受體(ti)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)的(de)替代品已(yi)在開發。這些非富勒烯(xi)受體(ti)具(ju)有更多的(de)可(ke)調特性(xing)、更高(gao)的(de)熱穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)和(he)光(guang)化(hua)學(xue)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)，并(bing)可(ke)以(yi)延長(chang)設(she)備壽(shou)命(ming)。這將帶來更穩(wen)(wen)定(ding)、更持久、更便(bian)宜的(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)。

另外的熱(re)點則是穩(wen)(wen)定的鈣(gai)鈦(tai)礦太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)。據文獻報道(dao)，這些易于(yu)制造(zao)、低成本的鈣(gai)鈦(tai)礦太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)具有(you)最高的能(neng)效，只(zhi)是目前(qian)使用的材料并不穩(wen)(wen)定。如果(guo)能(neng)克(ke)服這一難題，穩(wen)(wen)定的鈣(gai)鈦(tai)礦太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的優勢依然(ran)顯著，可以降(jiang)低制造(zao)成本。CAS認(ren)為(wei)，通過(guo)淘汰(tai)富勒烯(xi)或(huo)開發使用鈣(gai)鈦(tai)礦電(dian)(dian)池(chi)(chi)，許多(duo)消(xiao)費者將能(neng)負擔得起太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)。

新材料替代金屬化合物

貴金屬和有毒(du)金屬化(hua)合物經常被用于重(zhong)要能源(yuan)領域，如煉油催化(hua)劑，但在能源(yuan)綠(lv)色化(hua)的(de)背景下(xia)，學(xue)界開始研究更可持續、更有效的(de)替(ti)代(dai)品。

CAS介(jie)紹，Mxenes是一種包含過渡金屬(shu)(shu)和官能團的二(er)維結構材料。它(ta)們(men)的層(ceng)狀特性使(shi)其(qi)成為(wei)電(dian)容(rong)器和電(dian)池等儲(chu)(chu)能應用(yong)的有(you)(you)(you)力候選材料，而(er)它(ta)們(men)的光(guang)學和催化(hua)特性則使(shi)其(qi)在光(guang)催化(hua)和電(dian)催化(hua)方面具有(you)(you)(you)潛力。Mxenes還含有(you)(you)(you)地殼高豐度元素，可規避(bi)與(yu)貴金屬(shu)(shu)或(huo)有(you)(you)(you)毒金屬(shu)(shu)有(you)(you)(you)關的風險。這種材料的任何突破(po)都會為(wei)成本、環境(jing)和能源儲(chu)(chu)存帶來巨大的效益。

另一(yi)項重要潛在技術是共價(jia)(jia)有機(ji)框架。這是一(yi)種由(you)有機(ji)前體反應形成的(de)(de)二(er)維或(huo)三維結構。它們形成共價(jia)(jia)鍵合的(de)(de)多孔結構，目前正(zheng)被研究其在氫、甲烷和(he)催化(hua)(hua)、電催化(hua)(hua)儲能方面的(de)(de)應用。共價(jia)(jia)有機(ji)框架的(de)(de)成功(gong)應用可為能源儲存、化(hua)(hua)學合成、催化(hua)(hua)和(he)氣體分離等方面帶來(lai)許(xu)多經濟(ji)和(he)環境(jing)效益，尤其是汽車行業。

光熱能源期待高效轉換

CAS介紹，光熱(re)(re)能轉換是(shi)將(jiang)太陽(yang)能轉化(hua)為熱(re)(re)能，進(jin)行產生蒸汽，無(wu)需使(shi)用其他能源(yuan)即(ji)可(ke)發電。研究(jiu)人員正在研究(jiu)無(wu)機材(cai)料和聚合物材(cai)料，以(yi)找到(dao)合適的光熱(re)(re)候(hou)選(xuan)材(cai)料。由于(yu)完全(quan)依(yi)賴太陽(yang)能，這一領域(yu)的成功可(ke)大幅降低能源(yuan)成本(ben)。理想(xiang)情況下(xia)，它還將(jiang)減少化(hua)石燃料的使(shi)用，從(cong)而對(dui)環境產生重大的積極影響。

CAS介紹(shao)，發掘光熱轉換的潛力可(ke)以(yi)(yi)節省大量(liang)能源成本，提供更清潔(jie)的能源。此(ci)外，利用太(tai)陽(yang)能使水(shui)分(fen)解產生清潔(jie)的氫(qing)氣是人(ren)們一直(zhi)以(yi)(yi)來的愿望(wang)。這種光催化過(guo)程對于利用太(tai)陽(yang)能生產清潔(jie)氫(qing)氣至關(guan)重要，可(ke)以(yi)(yi)重塑綠色(se)氫(qing)經濟的未來。