目前，全球綠色能源發展如火如荼，哪些領域具有更好的發展潛力?哪些新興技術需要密切關注?近日，美國化學文摘社(CAS)根據該社期刊發表的文獻進行匯總分析，提出了五大需要密切關注的新興領域。
CAS表示，2018年至2022年，綠色能源領域出現了幾種存在潛在未來機遇的細分領域。根據文獻熱度，具有最強增長趨勢的五大領域是電池、氫能、太陽能電池、新材料和光熱能源。
新型電池將解決安全問題
CAS表示，電池領域是綠色能源研究的最大熱點。其中，鋰離子電池因其高能量密度已被用作便攜式設備和新能源汽車的常用電池，而鉛酸電池則仍常用于便攜式和固定式電力存儲。然而，鋰離子電池存在安全問題，尤其是存在火災隱患，而鉛酸電池則有明顯的毒性。目前，研究人員仍在尋找其他更安全的儲電方式。
CAS表示，目前值得注意的是兩種新型電池。水基鋅離子電池是鉛酸電池的潛在替代品。此類電池于2018年由美國馬里蘭大學研制成功，隨后，各國研究者開始爭相對其展開研究。這種電池更環保，且價格低、無毒，正在被研究作為鉛酸電池的替代品。
另一項重要的研究領域是固態鋰離子電池。現存的鋰離子電池降解快，有火災隱患且毒性高。然而，由于其充電速度快且易于制造，仍被廣泛使用。目前的研究顯示，固態鋰離子電池的充放電速度可達鋰離子電池的數倍，還可容納更多電量。
CAS表示，未來，這些新型電池的成功開發將使整個電池行業更加安全。固態鋰電池不僅減少了火災隱患，而且不使用液態電解質，整體污染也將減少。
制儲氫呼喚飛躍性技術
CAS表示，氫已成為一種頗有前景的化石燃料替代品，在很多能源相關領域更加適用，但氫仍然面臨儲存和生產的難題。
液氫被認為是儲存氫最有效的方法，研究人員正在尋找利用液氫的新方法，如果利用得當，液氫儲存可實現新型燃料電池驅動汽車，并降低石油精煉、化肥生產等方面的成本。
使用異質結光催化劑進行水分解則是制氫方面的最新研究方向，也是潛在的飛躍性技術。CAS介紹，光催化劑作用下，只需利用水和陽光即可產生氫氣。但由于效率低和不合適的能帶位置，主要的挑戰在于找到或開發這些催化劑。一旦克服了這些障礙，便有望降低氫的成本，從而使其成為首選燃料來源。
太陽能電池尋求降本增效
CAS表示，太陽能電池在學術界和商業上都受到越來越多的關注。隨著眾多行業都在尋求更可持續的方案，太陽能電池的降本增效研究正在增多。因此，有兩種太陽能電池研究正在受到關注。
首先是太陽能電池的非富勒烯受體。CAS介紹，有機太陽能電池的性能已有所提高，但最常用的富勒烯受體太陽能電池的替代品已在開發。這些非富勒烯受體具有更多的可調特性、更高的熱穩定性和光化學穩定性，并可以延長設備壽命。這將帶來更穩定、更持久、更便宜的太陽能電池。
另外的熱點則是穩定的鈣鈦礦太陽能電池。據文獻報道，這些易于制造、低成本的鈣鈦礦太陽能電池具有最高的能效，只是目前使用的材料并不穩定。如果能克服這一難題，穩定的鈣鈦礦太陽能電池的優勢依然顯著，可以降低制造成本。CAS認為，通過淘汰富勒烯或開發使用鈣鈦礦電池，許多消費者將能負擔得起太陽能電池。
新材料替代金屬化合物
貴金屬和有毒金屬化合物經常被用于重要能源領域，如煉油催化劑，但在能源綠色化的背景下，學界開始研究更可持續、更有效的替代品。
CAS介紹，Mxenes是一種包含過渡金屬和官能團的二維結構材料。它們的層狀特性使其成為電容器和電池等儲能應用的有力候選材料，而它們的光學和催化特性則使其在光催化和電催化方面具有潛力。Mxenes還含有地殼高豐度元素，可規避與貴金屬或有毒金屬有關的風險。這種材料的任何突破都會為成本、環境和能源儲存帶來巨大的效益。
另一項重要潛在技術是共價有機框架。這是一種由有機前體反應形成的二維或三維結構。它們形成共價鍵合的多孔結構，目前正被研究其在氫、甲烷和催化、電催化儲能方面的應用。共價有機框架的成功應用可為能源儲存、化學合成、催化和氣體分離等方面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，光熱能轉換是將太陽能轉化為熱能，進行產生蒸汽，無需使用其他能源即可發電。研究人員正在研究無機材料和聚合物材料，以找到合適的光熱候選材料。由于完全依賴太陽能，這一領域的成功可大幅降低能源成本。理想情況下，它還將減少化石燃料的使用，從而對環境產生重大的積極影響。
CAS介紹，發掘光熱轉換的潛力可以節省大量能源成本，提供更清潔的能源。此外，利用太陽能使水分解產生清潔的氫氣是人們一直以來的愿望。這種光催化過程對于利用太陽能生產清潔氫氣至關重要，可以重塑綠色氫經濟的未來。
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