New artificial material mimics phot

New artificial material mimics photosynthesis to create clean, self-sustaining energy source
Win-win!
It’s one of the holy grails of scientific research: discovering a way of replicating the natural process of photosynthesis, such that light could be easily converted into energy for other purposes, just like a plant does. And now researchers in the US have discovered an artificial material that lets them mimic this system to create a clean, sustainable source of power.

Researchers at Florida State University have discovered a method of using manganese oxide – also known as birnessite – to capture sunlight and then use that solar energy to create an oxidation reaction, breaking down water (H2O) into hydrogen (H) and oxygen (O2). Oxidation occurs during photosynthesis, and by replicating this part of the natural process, we might be able to produce energy in new ways via a simple, practical mechanism.


“In theory, this should be a self-sustaining energy source,” said Jose L. Mendoza-Cortes, assistant professor of chemical engineering. “Perhaps in the future, you could put this material on your roof and it could turn rain water into energy with the help of the sun.”

Best of all, using manganese oxide in this kind of way would be an entirely carbon-neutral method of producing energy sources like hydrogen fuel, and wouldn’t have any negative impacts on the environment. “You won’t generate carbon dioxide or waste,” said Mendoza-Cortes.

Once produced, hydrogen can be used as a fuel and burned with oxygen to form H2O, releasing energy in the process. But usually the creation of hydrogen fuel is powered by burning fossil fuels, which is why this new technology is so exciting.

When looking to find a material that would be able to facilitate the process of breaking down water but also capturing the energy from the Sun, the researchers faced two initial challenges: finding a material that didn’t rust due to exposure to the water, and also one which wasn’t too expensive to create.

The answer Mendoza-Cortes and his team came up with – which is described in their paper in The Journal of Physical Chemistry – was to develop a multilayered material out of manganese oxide. However, it was only when they stripped back the multiple layers to a single layer that they struck what they were looking for. When they did this, the material was able to trap light at a much faster rate.

How is this possible? According to the researchers, the single layer of the manganese oxide material provides what’s called a direct band gap, whereas multiple layers constituted an indirect band gap. Light penetrates different sorts of materials differently, but its energy is only effectively captured and stored by materials with a direct band gap.

What’s remarkable about the material the researchers developed in this instance is that it is more effective at capturing energy when there is only a single layer of it – a desirable outcome for the purposes of any potential real-world applications, as it will be cheaper and easier to manufacture.

“This is why the discovery of this direct band gap material is so exciting,” said Mendoza-Cortes. “It is cheap, it is efficient and you do not need a large amount to capture enough sunlight to carry out fuel generation.”

It’s early days yet and there’s no word so far on when we can expect to see this kind of material manufactured for domestic purposes, but with the researchers already envisaging potential applications like household roof-top energy generators, it’s an incredibly exciting development.

Kết quả (Việt) 1:

Vật liệu nhân tạo mới bắt chước quá trình quang hợp để tạo ra nguồn năng lượng sạch, tự duy trìWin-win!Nó là một trong grails Thánh nghiên cứu khoa học: phát hiện ra một cách để sao chép quá trình tự nhiên của quá trình quang hợp, như vậy mà ánh sáng có thể được dễ dàng chuyển thành năng lượng cho các mục đích khác, cũng giống như một nhà máy nào. Và bây giờ các nhà nghiên cứu tại Hoa Kỳ đã phát hiện ra một vật liệu nhân tạo mà cho phép họ bắt chước hệ thống này để tạo ra một nguồn sạch bền vững, quyền lực.Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Florida đã phát hiện ra một phương pháp sử dụng mangan ôxít-cũng được gọi là birnessite-để nắm bắt ánh sáng mặt trời và sau đó sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra một phản ứng oxy hóa, phá vỡ xuống nước (H2O) thành hydro (H) và oxy (O2). Quá trình oxy hóa xảy ra quá trình quang hợp, và bằng cách sao chép này là một phần của quá trình tự nhiên, chúng tôi có thể sản xuất năng lượng trong các cách thức mới thông qua một cơ chế đơn giản, thiết thực."Trong lý thuyết, điều này nên là một nguồn năng lượng tự duy trì," nói Jose L. Mendoza-Cortes, trợ lý giáo sư công nghệ hóa học. "Có lẽ trong tương lai, bạn có thể đặt tài liệu này trên mái nhà của bạn và nó có thể biến nước mưa thành năng lượng với sự giúp đỡ của mặt trời."Tốt nhất của tất cả, bằng cách sử dụng mangan ôxít trong loại cách sẽ là một phương pháp hoàn toàn cacbon trung tính sản xuất nguồn năng lượng như nhiên liệu hydro, và sẽ không có bất kỳ tác động tiêu cực đến môi trường. "Bạn sẽ không tạo ra lượng khí carbon dioxide hoặc chất thải," nói Mendoza-Cortes.Sau khi sản xuất, hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu và bị đốt cháy với oxy để tạo thành H2O, giải phóng năng lượng trong quá trình. Nhưng thường tạo ra nhiên liệu hydro được cung cấp bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch, đó là lý do tại sao công nghệ mới này là rất thú vị.Khi tìm kiếm để tìm thấy một tài liệu nào có thể tạo thuận lợi cho quá trình phá vỡ xuống nước nhưng cũng thu năng lượng từ mặt trời, các nhà nghiên cứu phải đối mặt với hai thách thức ban đầu: việc tìm kiếm một vật liệu không gỉ do tiếp xúc với nước, và cũng là một mà không phải là quá đắt để tạo ra.Câu trả lời Mendoza-Cortes và nhóm của ông đã đưa ra với-mà được mô tả trong giấy của họ tại The Journal của vật lý hóa học-là để phát triển một vật liệu multilayered ra khỏi mangan ôxít. Tuy nhiên, nó là chỉ khi họ trở lại tước nhiều lớp để một lớp duy nhất mà họ đánh những gì họ đang tìm kiếm. Khi họ đã làm điều này, các tài liệu đã có thể bẫy ánh sáng tại một tốc độ nhanh hơn nhiều.Làm thế nào là điều này có thể? Theo các nhà nghiên cứu, lớp duy nhất của vật liệu ôxít mangan cung cấp những gì gọi là một khoảng cách ban nhạc trực tiếp, trong khi nhiều lớp chiếm một khoảng cách gián tiếp ban nhạc. Ánh sáng thâm nhập vào các loại khác nhau của vật liệu khác nhau, nhưng năng lượng của nó chỉ có hiệu quả bị bắt và được lưu trữ bằng vật liệu với một khoảng cách ban nhạc trực tiếp.Những gì là đáng chú ý về vật chất mà các nhà nghiên cứu phát triển trong trường hợp này là nó là hiệu quả hơn lúc thu năng lượng khi có chỉ là một lớp duy nhất của nó-một kết quả mong muốn cho các mục đích của bất kỳ ứng dụng tiềm năng của thế giới thực, vì nó sẽ được rẻ hơn và dễ dàng hơn để sản xuất."Đây là lý do tại sao việc phát hiện ra vật liệu khoảng cách trực tiếp ban nhạc này là rất thú vị," ông Mendoza-Cortes. "Nó là giá rẻ, nó là hiệu quả và bạn không cần một số tiền lớn để nắm bắt đủ ánh sáng mặt trời để thực hiện các nhiên liệu thế hệ."Đó là ngày đầu được và có không có chữ cho đến nay ngày khi chúng tôi có thể mong đợi để xem loại vật liệu sản xuất cho mục đích trong nước, nhưng với các nhà nghiên cứu đã envisaging ứng dụng tiềm năng như máy phát điện gia dụng trên mái nhà năng lượng, nó là một phát triển vô cùng thú vị.

Kết quả (Việt) 2:

New chất liệu nhân tạo bắt chước quang hợp để tạo ra sạch, nguồn năng lượng tự duy trì
Win-win!
Đó là một trong những grails thánh của nghiên cứu khoa học: khám phá ra một cách để tái tạo các quá trình tự nhiên của sự quang hợp, như vậy mà ánh sáng có thể dễ dàng chuyển đổi thành năng lượng cho khác mục đích, giống như một nhà máy nào. Và bây giờ các nhà nghiên cứu tại Mỹ đã phát hiện ra một vật liệu nhân tạo cho phép họ bắt chước hệ thống này để tạo ra một nguồn sạch, bền vững của quyền lực. Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Florida đã phát hiện một phương pháp sử dụng mangan oxit - còn được gọi là birnessite - để nắm bắt ánh sáng mặt trời và sau đó sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra một phản ứng oxy hóa, phá vỡ xuống nước (H2O) thành hydro (H) và ôxy (O2). Quá trình oxy hóa xảy ra trong quá trình quang hợp, và bằng cách tái tạo này là một phần của quá trình tự nhiên, chúng ta có thể có thể để sản xuất năng lượng trong những cách thức mới thông qua một cơ chế thực tế đơn giản. "Theo lý thuyết, điều này sẽ là một nguồn năng lượng tự duy trì," Jose L nói . Mendoza-Cortes, trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học. "Có lẽ trong tương lai, bạn có thể đưa tài liệu này trên mái nhà của bạn và nó có thể biến nước mưa thành năng lượng với sự giúp đỡ của mặt trời." Trên tất cả, sử dụng mangan oxit trong các loại hình cách sẽ là một phương pháp hoàn toàn không cacbon sản xuất nguồn năng lượng giống như nhiên liệu hydro, và sẽ không có bất kỳ tác động tiêu cực đến môi trường. "Bạn sẽ không tạo ra carbon dioxide hoặc chất thải," Mendoza-Cortes cho biết. Một khi sản xuất, hydro có thể được sử dụng như một nhiên liệu và đốt cháy với oxy để tạo thành H2O, giải phóng năng lượng trong quá trình này. Nhưng thường việc tạo ra nhiên liệu hydro được cung cấp bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch, đó là lý do tại sao công nghệ mới này là rất thú vị. Khi tìm thấy một tài liệu mà có thể tạo thuận lợi cho quá trình phá vỡ xuống nước mà còn thu năng lượng từ mặt trời ., các nhà nghiên cứu phải đối mặt với hai thách thức ban đầu: việc tìm kiếm một loại vật liệu không rỉ do tiếp xúc với nước, và cũng là một trong đó là không quá đắt tiền để tạo Câu trả lời Mendoza-Cortes và nhóm của ông đã đưa ra - đó là mô tả trong bài báo của họ trên The Journal of Physical Chemistry - là để phát triển một loại vật liệu đa lớp ra oxit mangan. Tuy nhiên, đó chỉ là khi họ bị tước bỏ lại nhiều lớp để một lớp duy nhất mà họ đánh những gì họ đang tìm kiếm. Khi họ đã làm điều này, các tài liệu đã có thể nhẹ cái bẫy với một tốc độ nhanh hơn nhiều. Làm thế nào có thể như vậy? Theo các nhà nghiên cứu, các lớp duy nhất của vật liệu oxit mangan cung cấp những gì được gọi là một khoảng cách ban nhạc trực tiếp, trong khi nhiều lớp tạo thành một khoảng cách ban nhạc gián tiếp. Ánh sáng thâm nhập vào các loại khác nhau của vật liệu khác nhau, nhưng năng lượng của nó chỉ nắm bắt và lưu trữ bởi các vật liệu có một khoảng cách ban nhạc trực tiếp có hiệu quả. Điều đáng lưu ý về chất liệu các nhà nghiên cứu phát triển trong trường hợp này là nó có hiệu quả hơn trong thu năng lượng khi chỉ có một là lớp duy nhất của nó -. một kết quả mong muốn cho các mục đích của bất kỳ ứng dụng tiềm năng trong thế giới thực, vì nó sẽ rẻ hơn và dễ dàng hơn để sản xuất "Đây là lý do tại sao sự phát hiện của vật chất khoảng cách ban nhạc trực tiếp này là rất thú vị," Mendoza-Cortes nói . "Đó là giá rẻ, đó là hiệu quả và bạn không cần một số tiền lớn để bắt đủ ánh sáng mặt trời để thực hiện thế hệ nhiên liệu." Đó là ngày đầu chưa và không có từ rất xa trên khi chúng ta có thể mong đợi để xem các loại vật liệu sản xuất cho mục đích trong nước, nhưng với các nhà nghiên cứu đã envisaging ứng dụng tiềm năng như máy phát điện năng lượng hộ gia đình trên tầng mái, đó là một sự phát triển vô cùng thú vị.