對可持續(xù)性的關(guān)注提高了人們尋找化石燃料替代能源的興趣，我們都知道并依賴化石燃料。在過去的幾年里，越來越多的人參與了關(guān)于建造風(fēng)車和在建筑物上安裝太陽能電池的討論。考慮到我們的環(huán)境狀況和與傳統(tǒng)能源相關(guān)的局限性，增加這一領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新的時(shí)機(jī)似乎已經(jīng)成熟。

　　一種特別吸引人的潛在能源以一種不太可能的形式出現(xiàn):水。如果水能被分解成不同的成分，我們就能獲得一種可再生能源，即氫能源。生產(chǎn)氫氣并不是什么新鮮事，但目前的生產(chǎn)方法需要化石燃料作為原料。采用水分解技術(shù)將減少我們社會對化石燃料的依賴，進(jìn)一步支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。更好的是，太陽能可以用來啟動水分解過程。那么是什么阻礙了氫燃料的廣泛應(yīng)用以及產(chǎn)生氫燃料的水分解過程呢?不幸的是，就像許多替代能源一樣，這一過程還沒有優(yōu)化到可負(fù)擔(dān)性和效率，但新的研究可能會給我們提供改進(jìn)的水分解催化劑設(shè)計(jì)的見解。

　　Utilizing Catalyst Design for Water Splitting May Address Issues with Current Processes

　　這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種優(yōu)化鉑的替代催化劑的方法，鉑通常用于水分解過程中。研究人員認(rèn)為，在進(jìn)一步優(yōu)化后，二硫化鉬可能是替代昂貴貴金屬的更有效的替代品。優(yōu)化二硫化鉬的關(guān)鍵在于在材料中生成并進(jìn)一步過濾硫空位。雖然這些緊張的硫空位的確切機(jī)制尚不清楚，但研究表明，它們的電子轉(zhuǎn)移速度是以前的四倍。

　　研究結(jié)果為改進(jìn)裂解水催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的途徑。使用金屬氧化物和其他地球上豐富的材料作為催化劑是理想的，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格實(shí)惠，而且是可再生的。畢竟，雖然我們的社會對可再生能源越來越感興趣，但它們不太可能遠(yuǎn)離傳統(tǒng)的化石燃料，除非成本相當(dāng)。不幸的是，在目前的形式下，這些材料往往有一些缺點(diǎn)，如光學(xué)吸收差和載流子遷移能力有限能夠改變它們的性質(zhì)以改善催化劑的性能將是一個(gè)相當(dāng)大的福音，也是使氫燃料廣泛應(yīng)用的首步。

　　Digital Solutions Can Aid Organizations in Their Efforts to Improve Catalyst Design for Water Splitting

　　盡管上述研究取得了令人鼓舞的結(jié)果，但工程催化劑的反應(yīng)性并不是一個(gè)的答案?；瘜W(xué)的一個(gè)基本原則是，一種物質(zhì)的活性越強(qiáng)，它就越不穩(wěn)定不穩(wěn)定的材料有可能降解得更快，使它們不適合工業(yè)和商業(yè)用途，因?yàn)樗鼈兊膲勖^短。在考慮水分解催化劑的設(shè)計(jì)時(shí)，研究人員也需要考慮到這一點(diǎn)。

　　但研究人員如何優(yōu)化催化劑，使其具有高反應(yīng)性并延長壽命?解決方案可能取決于數(shù)字解決方案，允許他們模擬潛在的結(jié)構(gòu)，并通過模擬環(huán)境預(yù)測它們的屬性和行為。這種方法不僅可以簡化催化劑的開發(fā)過程，還可以簡化工作流程。研究人員可以優(yōu)先考慮有前途的催化劑，而不是專注于各種各樣的潛在催化劑，從而節(jié)省時(shí)間和金錢。

　　與水分解催化劑設(shè)計(jì)相關(guān)的另一個(gè)重要方面是協(xié)作。例如，二硫化鉬在20年前首次被提出作為潛在的催化劑。如果沒有40多年的研究，就不會有今天的成果。想象一下管理這些數(shù)據(jù)所付出的努力:分享、組織、搜索和提取有用的見解。在我們的現(xiàn)代世界，這樣做的能力已經(jīng)成為研究機(jī)構(gòu)的必要條件。除了支持建立在數(shù)十年工作基礎(chǔ)上的研究，這種能力也補(bǔ)充了當(dāng)今的跨國組織和伙伴關(guān)系。

　　在廣泛采用氫燃料之前，水分解催化劑的設(shè)計(jì)還有很多工作要做，但我們正在朝著這個(gè)方向穩(wěn)步前進(jìn)。通過使用合適的工具，能源公司可以進(jìn)一步開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行且的催化劑。通過創(chuàng)新和投資，我們可能會看到可持續(xù)能源與傳統(tǒng)燃料資源一起發(fā)揮作用。

　　BIOVIA為尋求開發(fā)可持續(xù)產(chǎn)品和流程的企業(yè)提供各種數(shù)字解決方案，以適應(yīng)當(dāng)今環(huán)保意識的世界。BIOVIA提供了一套集成的過程，支持組織進(jìn)行化學(xué)和材料研究。其解決方案包括Materials Studio，一個(gè)完整的建模和模擬環(huán)境，使研究人員能夠通過預(yù)測其性能和行為來開發(fā)和篩選新材料。

　　本文翻譯自Dassault Systèmes Bolg, 點(diǎn)擊“閱讀原文” ，訪問原文英文鏈接。

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