在目前通用的新型太陽能電池中，價(jià)格昂貴的鉑，也就是白金，常作為電極催化材料被廣泛使用。然而，我國“千人計(jì)劃”專家胡培君教授的團(tuán)隊(duì)，基于微觀層面的量子力學(xué)，竟“算”出可以用鐵銹替代白金，有望大大降低太陽能應(yīng)用成本。前天在華東理工大學(xué)舉行的化學(xué)反應(yīng)與催化前沿國際研討會對這項(xiàng)成果反應(yīng)熱烈。
全球科學(xué)家為了替換貴金屬電極想盡辦法，目前至少有8種替代品進(jìn)入候選名單，但恐怕極少有人想到鐵銹（三氧化二鐵）可幫大忙。作為愛爾蘭皇家科學(xué)院院士，胡培君領(lǐng)銜華理科研隊(duì)伍獨(dú)辟蹊徑，不再采用反復(fù)試錯的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，而是跨學(xué)科運(yùn)用“計(jì)算化學(xué)”方法，用計(jì)算機(jī)模擬原子表面反應(yīng)的機(jī)理，篩選出最佳電機(jī)催化材料。
走進(jìn)華理計(jì)算化學(xué)中心，完全沒有化學(xué)氣味，就像IT公司的實(shí)驗(yàn)室，取代瓶瓶罐罐的是計(jì)算機(jī)與服務(wù)器。胡培君教授介紹，此前他們開發(fā)了一套“化學(xué)勢動力學(xué)”計(jì)算化學(xué)理論，建立了理論模型，用電子層面的“吸附能”關(guān)鍵指標(biāo)，對不同物質(zhì)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行“海選”。在對染料敏化太陽能電池的研究中，他們找到了一個“候選材料區(qū)間”，位于0.3電子伏特到1.2電子伏特之間，其中常用的鉑是0.5個電子伏特。經(jīng)過材料比選，發(fā)現(xiàn)還有鐵銹等極少數(shù)材料的電子伏特量非常接近鉑。當(dāng)然，選擇鐵銹無疑是最便宜的。
計(jì)算化學(xué)結(jié)果很快對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生指導(dǎo)，又經(jīng)過華理材料學(xué)院楊化桂教授的實(shí)驗(yàn)室小試，驗(yàn)證了鐵銹取代白金完全可以取得類似的光電轉(zhuǎn)化效率，并正加快新成果轉(zhuǎn)化。在這一新興領(lǐng)域，胡培君團(tuán)隊(duì)還在通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)新型催化劑，包括用于大宗化工品的節(jié)能低毒催化劑。
目前，胡培君每篇學(xué)術(shù)論文的平均引用因子高達(dá)39次，他認(rèn)為，在未來5到10年間，計(jì)算化學(xué)的科學(xué)價(jià)值還將進(jìn)一步放大。
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