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目(mu)前(qian)，全球綠色(se)能(neng)源發(fa)(fa)展如火如荼(tu)，哪些領域具有更好的發(fa)(fa)展潛力?哪些新(xin)興(xing)技術(shu)需(xu)要密(mi)切關注?近日，美國化學文摘社(she)(CAS)根(gen)據(ju)該社(she)期刊發(fa)(fa)表的文獻進行匯總分析，提(ti)出了(le)五大需(xu)要密(mi)切關注的新(xin)興(xing)領域。

CAS表示(shi)，2018年(nian)至2022年(nian)，綠色能源領域出現了幾種存在潛在未來機(ji)遇(yu)的(de)細分領域。根(gen)據(ju)文獻熱度，具有最強(qiang)增長(chang)趨勢的(de)五大領域是電(dian)池、氫能、太(tai)陽能電(dian)池、新(xin)材料和光熱能源。

新型電池將解決安全問題

CAS表示，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)領(ling)域(yu)是(shi)綠色能(neng)源(yuan)研(yan)究(jiu)的(de)最大(da)熱點。其(qi)中，鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)因其(qi)高能(neng)量密度已(yi)被用(yong)作便攜(xie)式(shi)設(she)備和(he)新(xin)能(neng)源(yuan)汽車(che)的(de)常用(yong)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，而(er)(er)鉛酸電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)則仍常用(yong)于(yu)便攜(xie)式(shi)和(he)固定式(shi)電(dian)(dian)(dian)力存(cun)儲。然(ran)而(er)(er)，鋰(li)離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)存(cun)在安全問題，尤(you)其(qi)是(shi)存(cun)在火災隱患，而(er)(er)鉛酸電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)則有明顯的(de)毒性(xing)。目前，研(yan)究(jiu)人(ren)員仍在尋(xun)找其(qi)他更安全的(de)儲電(dian)(dian)(dian)方式(shi)。

CAS表示，目前值得注(zhu)意的是兩種(zhong)新型(xing)電(dian)(dian)池(chi)。水基鋅離(li)子(zi)電(dian)(dian)池(chi)是鉛酸電(dian)(dian)池(chi)的潛在替(ti)代(dai)品。此類電(dian)(dian)池(chi)于2018年(nian)由美國馬里蘭大學研(yan)制成功，隨(sui)后，各國研(yan)究者開始爭相對其展開研(yan)究。這種(zhong)電(dian)(dian)池(chi)更環保(bao)，且價格低、無毒，正在被研(yan)究作(zuo)為鉛酸電(dian)(dian)池(chi)的替(ti)代(dai)品。

另一項(xiang)重(zhong)要的(de)研(yan)究領(ling)域是固態鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)。現存的(de)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)降解(jie)快，有火災隱(yin)患(huan)且(qie)毒性高。然而，由(you)于其充(chong)電(dian)速(su)度(du)快且(qie)易于制造，仍被廣(guang)泛使用。目前的(de)研(yan)究顯示，固態鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)放電(dian)速(su)度(du)可達鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)數倍，還可容納(na)更多電(dian)量(liang)。

CAS表示，未來，這些新(xin)型電(dian)池(chi)的成功開發將使整個電(dian)池(chi)行業更(geng)加安全。固態鋰電(dian)池(chi)不(bu)僅減少(shao)了火(huo)災(zai)隱患，而且不(bu)使用(yong)液態電(dian)解質，整體污染也將減少(shao)。

制儲氫呼喚飛躍性技術

CAS表示，氫已成(cheng)為一種(zhong)頗(po)有前景的化石(shi)燃料替代(dai)品，在(zai)很多能源相關領域更(geng)加適用，但氫仍(reng)然面臨儲存和生產的難題。

液(ye)氫(qing)被認為(wei)是(shi)儲存(cun)氫(qing)最有效的方(fang)(fang)法，研究人員正在尋找利(li)用(yong)液(ye)氫(qing)的新方(fang)(fang)法，如(ru)果(guo)利(li)用(yong)得當(dang)，液(ye)氫(qing)儲存(cun)可實現新型(xing)燃料電(dian)池驅動汽車，并降低石油精煉、化(hua)肥生產(chan)等(deng)方(fang)(fang)面的成本。

使用異(yi)質結光催化(hua)劑進行水分解則是制氫(qing)方面的最新研究方向，也是潛在的飛(fei)躍(yue)性技術。CAS介紹，光催化(hua)劑作用下，只(zhi)需利用水和陽光即(ji)可產生(sheng)氫(qing)氣。但(dan)由于效率(lv)低和不合適(shi)的能帶位置，主要(yao)的挑戰在于找(zhao)到或開發這些催化(hua)劑。一旦(dan)克服了(le)這些障礙(ai)，便有望(wang)降低氫(qing)的成(cheng)本，從而使其成(cheng)為首選燃(ran)料(liao)來源。

太陽能電池尋求降本增效

CAS表示(shi)，太陽能(neng)電(dian)(dian)池在學術(shu)界和商業上(shang)都(dou)受到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)關注。隨著眾多行(xing)業都(dou)在尋求更可持續的(de)方案，太陽能(neng)電(dian)(dian)池的(de)降本增效研(yan)究正(zheng)在增多。因此，有兩種太陽能(neng)電(dian)(dian)池研(yan)究正(zheng)在受到(dao)關注。

首先是太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)非(fei)富勒(le)(le)烯(xi)(xi)(xi)受體(ti)(ti)。CAS介(jie)紹，有(you)機太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)已有(you)所(suo)提高(gao)，但最常(chang)用(yong)的(de)(de)富勒(le)(le)烯(xi)(xi)(xi)受體(ti)(ti)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)替代(dai)品(pin)已在開發。這(zhe)些(xie)非(fei)富勒(le)(le)烯(xi)(xi)(xi)受體(ti)(ti)具有(you)更(geng)(geng)多的(de)(de)可(ke)調特性(xing)(xing)、更(geng)(geng)高(gao)的(de)(de)熱穩定性(xing)(xing)和光化(hua)學穩定性(xing)(xing)，并可(ke)以(yi)延長設備壽命(ming)。這(zhe)將帶(dai)來更(geng)(geng)穩定、更(geng)(geng)持久(jiu)、更(geng)(geng)便宜的(de)(de)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池。

另外(wai)的(de)(de)(de)熱點則是穩定(ding)的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)。據文(wen)獻報道，這些(xie)易于制造(zao)(zao)、低(di)成本的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)具(ju)有最高的(de)(de)(de)能(neng)效，只是目前使用(yong)的(de)(de)(de)材料并不(bu)穩定(ding)。如果能(neng)克服這一難題，穩定(ding)的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)優勢依然顯著，可以降低(di)制造(zao)(zao)成本。CAS認為，通(tong)過淘(tao)汰富勒烯或開發使用(yong)鈣(gai)鈦礦(kuang)電(dian)池(chi)(chi)，許多消費者將能(neng)負擔得起太(tai)陽能(neng)電(dian)池(chi)(chi)。

新材料替代金屬化合物

貴金屬和(he)有毒金屬化(hua)合物經(jing)常被用于重要(yao)能(neng)源(yuan)領域，如煉(lian)油催化(hua)劑，但在能(neng)源(yuan)綠色化(hua)的(de)背景下，學(xue)界開始(shi)研(yan)究更可持(chi)續、更有效的(de)替代(dai)品(pin)。

CAS介(jie)紹，Mxenes是一種(zhong)包含過渡(du)金屬和官能(neng)團(tuan)的(de)(de)二維(wei)結構材(cai)(cai)料。它們的(de)(de)層狀(zhuang)特(te)性(xing)使其(qi)成為電容器(qi)和電池(chi)等(deng)儲能(neng)應用的(de)(de)有(you)(you)力(li)候選(xuan)材(cai)(cai)料，而它們的(de)(de)光學和催(cui)化特(te)性(xing)則使其(qi)在(zai)光催(cui)化和電催(cui)化方面(mian)具有(you)(you)潛力(li)。Mxenes還含有(you)(you)地(di)殼高豐度元素，可規避與貴金屬或(huo)有(you)(you)毒金屬有(you)(you)關的(de)(de)風險。這種(zhong)材(cai)(cai)料的(de)(de)任(ren)何突破(po)都會為成本、環境和能(neng)源儲存帶來(lai)巨大的(de)(de)效益。

另(ling)一(yi)項重要(yao)潛在(zai)技術是共價有(you)機框(kuang)架。這是一(yi)種由有(you)機前體反應形成的(de)二維或三維結構。它們形成共價鍵合的(de)多孔(kong)結構，目(mu)前正被(bei)研(yan)究其在(zai)氫(qing)、甲烷和催(cui)化、電催(cui)化儲(chu)能(neng)方面(mian)的(de)應用(yong)。共價有(you)機框(kuang)架的(de)成功應用(yong)可(ke)為(wei)能(neng)源儲(chu)存、化學合成、催(cui)化和氣體分(fen)離(li)等方面(mian)帶來許多經濟和環境效益，尤其是汽車行業。

光熱能源期待高效轉換

CAS介紹(shao)，光熱(re)能(neng)(neng)轉換(huan)是(shi)將太陽能(neng)(neng)轉化(hua)為熱(re)能(neng)(neng)，進行產(chan)生蒸汽，無(wu)需(xu)使(shi)用其(qi)他能(neng)(neng)源即(ji)可(ke)發電。研(yan)究(jiu)人員正在研(yan)究(jiu)無(wu)機材料(liao)和聚合物(wu)材料(liao)，以找到(dao)合適的(de)(de)(de)光熱(re)候(hou)選(xuan)材料(liao)。由(you)于完全依賴太陽能(neng)(neng)，這(zhe)一領域(yu)的(de)(de)(de)成功可(ke)大幅降低能(neng)(neng)源成本。理想情(qing)況下，它還將減少化(hua)石燃料(liao)的(de)(de)(de)使(shi)用，從而對環境產(chan)生重大的(de)(de)(de)積極影(ying)響。

CAS介紹，發掘光熱(re)轉換的(de)(de)潛力(li)可(ke)以(yi)節省大量能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)成本，提供更清(qing)潔(jie)的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)。此外，利(li)用太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)使水(shui)分解產生(sheng)清(qing)潔(jie)的(de)(de)氫氣是(shi)人們一直以(yi)來(lai)的(de)(de)愿望。這種光催化過程對于(yu)利(li)用太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)生(sheng)產清(qing)潔(jie)氫氣至關(guan)重要(yao)，可(ke)以(yi)重塑綠色氫經濟的(de)(de)未來(lai)。