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1、可持續(xù)能源之路

 

    人類文明的進步離不開其對能源利用能力的提高。 一系列農(nóng)業(yè)和工業(yè)革命使世界上越來越多的人可以取暖和照明，施肥和灌溉農(nóng)作物，彼此聯(lián)系以及暢游全世界。 所有的這些進步都依賴于我們在發(fā)現(xiàn)、提取和使用能源方面的不斷進步。 而材料科學研究正在推進建設(shè)一個基于清潔能源生產(chǎn)、輸送和分配及電能和化學能存儲，能源效率更高和能源管理系統(tǒng)更好的可持續(xù)發(fā)展的未來社會。

        有鑒于此，1997年諾貝爾物理學獎得主、美國第12任能源部部長、斯坦福大學教授朱棣文，斯坦福大學教授崔屹和斯坦福大學Nian Liu對光伏器件、電池、太陽能與化學能轉(zhuǎn)換的研究現(xiàn)狀進行了深入分析和總結(jié)，并對新能源材料今后的研究方向進行了展望。

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2、太陽能燃料和化學品

 

    太陽能轉(zhuǎn)化為燃料和化學品是存儲可再生能源的極具吸引力的研究方向，而光電催化技術(shù)是制備太陽能燃料的代表途徑。 然而，在這些技術(shù)的開發(fā)過程中仍存在許多挑戰(zhàn)，譬如尋找用于吸收入射光子的合適材料，開發(fā)用于水分解和燃料生產(chǎn)的更高效的催化劑，以及如何設(shè)計優(yōu)化催化劑、光吸收劑和電解質(zhì)之間的界面。

    有鑒于此，斯坦福大學Jens K. N?rskov教授等發(fā)表綜述，重點總結(jié)了上述領(lǐng)域最近的里程碑事件，以及在實現(xiàn)將太陽能高效的轉(zhuǎn)化為燃料和化學品技術(shù)上的一些關(guān)鍵科學挑戰(zhàn)。

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3、電池開發(fā)的可持續(xù)性和原位監(jiān)測

 

    作為電動車的關(guān)鍵組件和可再生能源發(fā)電中的儲能系統(tǒng)，二次電池是當今社會的主要發(fā)展方向。為了盡量減少二次電池廣泛使用帶來的生態(tài)影響，研究工作必須考慮電池材料的可持續(xù)性，選擇環(huán)境友好和可循環(huán)利用的材料。另外，必須在電池使用期間連續(xù)監(jiān)測其健康狀態(tài)，盡可能維持電池性能。因此，發(fā)展電池反應過程的原位分析技術(shù)也顯得尤為重要。

 

有鑒于此，歐洲研究所J. M. Tarascon和劍橋大學C. P. Grey綜述了可持續(xù)化學反應和原位分析技術(shù)的重要進展，以及一些挑戰(zhàn)和可能的解決方案。

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4、受光合系統(tǒng)相干效應啟發(fā)的光伏概念

    過去十年中，在理解生物光合系統(tǒng)中的相干和振動現(xiàn)象如何幫助能量從捕光天線系統(tǒng)有效的傳遞到光合反應中心方面獲得了迅速的進展。有鑒于此，普林斯頓大學Gregory D. Scholes，阿卜杜拉國王科技大學Jean-Luc Brédas和多倫多大學Edward H. Sargent探討了如何利用光合系統(tǒng)中的相干效應來制造更好的太陽能電池。

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5、電化學能源界面

 

固 - 液界面電催化研究進展和技術(shù)創(chuàng)新對于推動可靠、經(jīng)濟和環(huán)境友好的能源利用起著至關(guān)重要的作用。有鑒于此，美國阿貢國家實驗室Nenad M. Markovic和Vojislav R. Stamenkovic等發(fā)表綜述，重點介紹了用于電解槽中高效產(chǎn)氫和產(chǎn)氧的新材料開發(fā)進展及其在燃料電池中的應用，指出了對共價和非共價相互作用之間協(xié)同性的基本理解可以用于指導催化劑的設(shè)計。

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6、高效光伏能量轉(zhuǎn)換方法和材料

    

    過去五年，光伏技術(shù)的成本顯著降低，光伏技術(shù)已經(jīng)成為未來發(fā)電成本最低的選擇之一。能量轉(zhuǎn)換效率提高直有助于降低成本。然而目前商業(yè)生產(chǎn)的標準單結(jié)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率從根本上受肖克利?奎伊瑟效率極限的限制，實際值低于30％。有鑒于此，新南威爾士大學Stephen P. Bremner和Martin A. Green發(fā)表綜述，討論了一系列可能突破肖克利?奎伊瑟效率極限的太陽能轉(zhuǎn)換策略及技術(shù)。

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