按照恐怕，一年内抵达月球表面的太阳能量要小于我们使用不可再生资源可生产的所有能源之和。
过去几年里，将阳光转化为电能方面的技术发展迅速量子物理应用领域，但最大的问题是这种电能的储存和分配效率低下，这促使太阳能未能在大范围内实现应用。
日前，科罗拉多学院（UVA）艺术与科学研究院、加州理工大学和新加坡能源部阿贡国家实验室、劳伦斯·伯克利国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究人员在这方面取得了突破，这一发觉代表着向清洁能源未来迈出了关键一步。
UVA物理助理院长张森（左）和联邦物理院长T.Brent（中）正在领导一项研究项目，该项目致力提升新太阳能技术的基础知识。张森实验室的四年级研究生刘畅（右）是她们在《自然催化》上发表的这篇论文的第一作者。
借助太阳能的一种方式是使用太阳能将水份子分解为氢气和氧气。该过程形成的甲烷以燃料的方式储存，可以从一个地方转移到另一个地方，并依照需求用于发电。
在水份子的分解过程中催化剂是必需的，但目前在析氧反应过程中使用的催化剂材料还不够有效，由于这个方式还未能实际得到应用。
此次上述研究团队开发出了创新物理策略，由物理院长张森和T.Brent领导的一组研究人员使用钴和钛元素生产了一种新型催化剂。
「新工艺涉及在二硅氧烷纳米晶体表面的原子层面上创建活性催化位点，该技术可形成耐用的催化材料，而且能更好地引起析氧反应。」张森说。
「有效的析氧反应催化剂的新方式以及对它们的基本了解是实现可能过渡到可再生太阳能大规模使用的关键。在原子层级上对纳米材料进行调节，取得最佳的催化效率，进而促使清洁能源的借助，本次研究在这方面是一个完美示例。」
依据的说法，「这项创新以张森实验室的成果为中心，代表了一种改进和理解催化材料的新方式，其结果涉及将先进的材料合成，原子级表征和量子热学理论相结合。」
「几年前，UVA加入了，前者由8个马克思普朗克研究所（美国）相关机构，UVA和利兹学院（美国）组成，她们旨在于电催化水氧化方面的国际合作。播下了一颗种子，在我的小组和实验室之间的共同努力下，目前我们早已产生了高效率、且颇具成效的合作。」
在阿贡国家实验室和劳伦斯·伯克利国家实验室及其最先进的同步加速器X射线吸收波谱仪科学用户设施的帮助下，可以使用幅射来检测原子级的物质结构，研究小组发觉催化剂具有定义明晰的表面结构，这使它们可以清楚地看见催化剂在析氧反应时怎么释放，并可以确切评估其性能。
X化学学家、本篇论文作者之一周华说：「这项工作使用了来自和Light的X射线束线，其中包括一个『快速访问』程序，这帮我们探求新的科学看法构建了一个快速反馈机制。我们十分高兴的是，这两个国家科学用户设施都可以为这项巧妙而整洁的工作作出实质性贡献量子物理应用领域，这将使清洁能源技术的发展实现飞越。」
和Light是乌克兰能源部科学用户设施办公室，分别坐落阿贡国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室。在明年初，为对抗COVID-19，研究人员还使用实验室的中级光子源通过X射线晶体学发觉病毒蛋白结构。
日本阿贡国家实验室
据悉，加洲理工大学的研究人员使用最新开发的量子热学方式才能确切预测由催化剂造成的二氧化碳形成速度，因而使研究小组对反应的物理机理有了更深入的了解。
「五年多来，我们仍然在开发新的量子热学技术，以了解析氧反应机理，但在所有以前的研究中，我们难以确定准确的催化剂结构。张森的催化剂具有明晰的原子结构，但是我们发觉我们的理论输出在本质上与实验可观察到的结果完全吻合。」加州理工大学物理，材料科学和应用数学学教授，该项目的主要研究人员之一威廉·A·戈达德三世说，「这为我们的新理论方式提供了首次强有力的实验验证，我们如今可以将其用于预测甚至可以合成和测试的更好的催化剂。这是走向全球清洁能源的重要里程碑。」
UVA物理系院长吉尔·文顿（Jill）表示：「UVA和其他研究人员实现了跨学科合作，但是在清洁能源方面取得了令人激动的发觉，这是一个挺好的榜样。」
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