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嗨,我是小玖。
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今天要带大家认识一项可能彻底重塑全球能源版图的前沿科技。
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我们终于可以把太阳的能量像饮品一样封装进容器中,即便身处深夜或阴雨绵绵的日子,只需轻轻“开启瓶盖”,就能释放出清洁动力。
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这并非来自未来幻想片的情节,而是已经落地的科研成果,精准击中了太阳能应用中最棘手的核心瓶颈。
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太阳能的“甜蜜烦恼”
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在全球迈向低碳转型的大背景下,太阳能无疑是可再生能源阵营中的耀眼明星。
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它零排放、无污染,且地球每秒钟接收的太阳辐射能量,相当于燃烧约500万吨标准煤所产生的热值,称其为“永不枯竭”也毫不为过。
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不过小玖想问问各位朋友,你家屋顶上的光伏板到了夜晚还能继续发电吗?答案显然是不能。
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这正是太阳能面临的最大软肋——供电具有明显的间歇性与波动性。
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白天阳光充沛时电力过剩,夜间用电高峰却无电可用,供需错配问题长期存在。
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目前主流应对策略是搭配锂电池进行储能,但这类电池不仅价格昂贵,使用寿命有限,退役后的回收处理也是一大环境挑战,难以支撑大规模普及。
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更关键的是,太阳能资源富集区多集中在荒漠戈壁地带,而主要用电负荷却分布在东部城市,远距离输电意味着巨大的能量损耗,成为制约清洁能源高效利用的关键障碍。
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或许有人会提出:为什么不直接用太阳能制取氢气呢?
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理论上可行。传统光催化技术确实能将光能转化为氢能储存,但它有一个根本性缺陷。
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必须依赖持续光照才能驱动反应,“晒着才产”,一旦云层遮挡或日落西山,反应立即中断。
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这种方式不仅需要建设复杂的即时储氢系统,还要面对氢气运输过程中的泄漏风险、爆炸隐患以及高昂的基础设施投入,无法实现跨时间、跨地域的灵活调配。
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因此,如何以低成本、高效率的方式把太阳能“存得住、运得走”,一直是科学界梦寐以求攻克的技术高地。
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而这一次的研究突破,带来了一个令人振奋的新路径。
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两种廉价材料,让阳光变“蓝色燃料”
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小玖深入梳理了这项创新技术,发现其设计逻辑极为精妙。
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不再执着于“实时转化”,而是将太阳能的捕获和能量释放拆分为两个独立环节。
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就像先将雨水收集进蓄水箱,等到需要时再打开阀门使用,完全摆脱了对即时日照条件的依赖。
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实现这一“能量缓存”机制的关键,在于两种价格低廉且已实现商业化量产的基础材料。
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第一种是石墨相氮化碳,一种呈亮黄色的粉末状物质,因其出色的半导体性能在材料学领域早有盛名。
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在这个体系中,它充当“光能捕手”的角色,专门吸收可见光波段的能量,并将其激发为高活性电子。
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真正体现颠覆性创新的是第二种材料——偏钨酸铵,由钨原子与氧原子构成的纳米级团簇结构,在微观尺度上宛如无数个微型“能量银行”。
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当这两种材料共同分散在含有微量甲醇的水溶液中,并接受蓝光照射时,奇妙的变化开始发生。
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石墨相氮化碳生成的高能电子并未如常规那样迅速衰减消失,而是被偏钨酸铵的纳米团簇迅速捕捉并稳定封存。
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最直观的现象是,随着电子不断积累,原本淡黄的溶液逐渐转为深邃的蓝色,这意味着无形的阳光已被成功转化为可储存的化学能,稳稳地锁进了这瓶“液态阳光”之中。
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小玖认为这一点尤为惊艳,因为传统光催化系统最大的技术难关就是光生电子极易复合失活,而该方案通过材料间的协同作用,从根本上破解了这一难题。
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更令人惊喜的是其能量释放效率。
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实验显示,将这瓶充满能量的蓝色液体置于全黑环境中,仅需加入少量铂碳催化剂,即可快速触发氢气生成反应。
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即使在户外真实光照条件下完成充电后,进入黑暗阶段的产氢速率仍可达每小时每克954微摩尔,展现出卓越的实用性潜力。
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如此高效的性能表现,得益于两种材料在能级匹配与电子转移路径上的高度契合。
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当然,这项技术尚处于实验室验证阶段,距离全面商业化仍有诸多挑战待解。
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例如当前体系需添加甲醇作为电子供体,尚不能直接裂解纯水,在环保性和经济性方面仍有优化空间。
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此外,目前储能时长仅限数小时级别,若要满足工业级需求,比如实现跨季节的能量调峰,还需进一步验证电子在长期存放中的稳定性与损耗控制。
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尽管如此,这项突破无疑打开了一扇全新的可能性之门。
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未来我们或将真正实现“把阳光装进瓶子带走”,让绿色能源不再受制于昼夜交替与天气变化,随时随地为人类所用。
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信息来源
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中国科普博览2024-07-03李灿院士:把阳光变成液体
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中国能源报2024-04-20中国科学院院士李灿:发展“液态阳光”可实现“一箭三雕”
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央视新闻2025-07-25全释硬科技丨“液态阳光”造白糖 变废为宝的甜蜜出路
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光明网2025-03-07新突破!我国科研团队解锁太阳能电池“长寿密码”
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