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天爾
2023年8月28日，工業(yè)和信息化部公開了聯(lián)合國(guó)務(wù)院國(guó)資委發(fā)布的《前沿材料產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展指導(dǎo)目錄(第一批)》，一共15種材料，6種都涉及節(jié)能環(huán)保以及新能源領(lǐng)域。
超導(dǎo)材料——
具有超導(dǎo)零電阻、大電流密度，外磁場(chǎng)下更高的性能等特點(diǎn)的高性能超導(dǎo)材料，包括稀土鋇銅氧超導(dǎo)材料、“銅系"超導(dǎo)材料、“釔系”銅基超導(dǎo)材料、“鉍系”超導(dǎo)材料、MgBz超導(dǎo)材料、NbySn超導(dǎo)線材、超導(dǎo)同軸纜材等。
由于超導(dǎo)體沒(méi)有電阻(0電阻)，沒(méi)有勵(lì)磁消耗和電樞內(nèi)耗，承載電流密度大，因此具備明顯的節(jié)能效果。如超導(dǎo)發(fā)電機(jī)可以提高水電站、火電站和核電站的單機(jī)容量；超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，比普通電動(dòng)機(jī)節(jié)約大約25%的能源。曾有科學(xué)家開發(fā)出的超導(dǎo)體微處理器，能源效率提升了80倍之多。
超導(dǎo)材料具備超強(qiáng)的輸能和儲(chǔ)能能力，所以在電動(dòng)汽車方面就能用來(lái)增加儲(chǔ)能密度，在電網(wǎng)方面又能大幅避免能量損失，提高電力傳輸?shù)男?。此外，超?dǎo)材料的特性也意味著，其在很多領(lǐng)域都能助力實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能和環(huán)保的目的。
鈣鈦礦材料——
具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和光電特性的一類材料，包括有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦光伏材料、全無(wú)機(jī)鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)、鹵化物鈣鈦礦單晶等。
如果說(shuō)在新能源領(lǐng)域哪里聽(tīng)到的“鈣鈦礦”最多，想必就是光伏了。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，可以說(shuō)是目前研究領(lǐng)域的最前沿產(chǎn)品，其技術(shù)變革引發(fā)了科研熱潮，并被認(rèn)為可能成為能源行業(yè)“游戲規(guī)則的改變者”。據(jù)目前的研究顯示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有著高效率、低能耗、低成本和應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，另還具有輕薄、可彎曲的特性，只是在耐用性和穩(wěn)定性上還需要進(jìn)一步論證。
鈣鈦礦指的不是特定材料，而是一種結(jié)構(gòu)、一類物質(zhì)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池屬于第三代太陽(yáng)能電池，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)稱其能將光伏發(fā)電效率從3%提高到25%以上，稱得上是跨越性進(jìn)展。
而更重要的是，不止在光伏領(lǐng)域，鈣鈦礦材料或還能助力鋼鐵行業(yè)減污降碳。英國(guó)伯明翰大學(xué)的研究人員就表示，利用鈣鈦礦材料放在回收系統(tǒng)的反應(yīng)室里，當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)將二氧化碳泵送到反應(yīng)室，他們制作的BCNF1就能捕獲氧原子，留下一氧化碳，從而適用他們提出的碳循環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)方案，預(yù)計(jì)能減少88%的二氧化碳排放量。
金屬基單原子合金催化材料——
稀釋在銅等金屬基體中的異質(zhì)原子組成的金屬基單原子合金，具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和幾何特征，可有效調(diào)控CO2電還原，實(shí)現(xiàn)高活性和高選擇性的統(tǒng)一。
單原子位點(diǎn)催化劑具有原子利用率最大化和活性位點(diǎn)孤立的特點(diǎn)，是近年來(lái)備受“寵愛(ài)”的研究對(duì)象，在許多催化應(yīng)用中表現(xiàn)亮眼?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)在很多領(lǐng)域都用到了催化技術(shù)，一般來(lái)說(shuō)，在非均相催化中，提高活性組分(通常是活性金屬)的表面原子比可以直接提高催化效率。
此前，中科大研究團(tuán)隊(duì)就在銅基電催化劑領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，通過(guò)制備出鉛單原子合金化的銅基電催化劑(Pb1Cu，SAAs)，使 CO? 電催化還原直接制備出高純甲酸(HCOOH)溶液成為可能。據(jù)悉，該電催化劑可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 96% 法拉第效率(FE，F(xiàn)araday Efficiency)的 CO?-to-HCOOH 轉(zhuǎn)化。
石墨烯——
碳原子以sp2雜化共價(jià)鍵連接形成的二維碳材料，具有優(yōu)異的光、熱、力、電性質(zhì)，兼具良
好的化學(xué)穩(wěn)定性。包括高導(dǎo)電石墨烯銅基復(fù)合材料、石墨烯電極材料等。
石墨烯很多人應(yīng)該都并不陌生，業(yè)界對(duì)其有很多贊譽(yù)，比如“黑金”，比如“改變21世紀(jì)的神奇材料”，比如“新材料King”。節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域有很多地方可以用到石墨烯，比如號(hào)稱“8分鐘充滿80%電量”的石墨烯電池，以及用石墨烯制成的海水淡化膜，還有利用石墨烯對(duì)重金屬離子的吸附作用對(duì)電子垃圾進(jìn)行篩選，對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行治理等等。
“石墨烯+環(huán)保”，用于過(guò)濾系統(tǒng)，用于凈化設(shè)備，用于制造石墨烯干燥設(shè)備，石墨烯泵、石墨烯脈沖集塵器等等，逐漸成為了一種“全能”材料，備受業(yè)界關(guān)注。
“前沿材料代表新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向與趨勢(shì)，具有先導(dǎo)性、引領(lǐng)性和顛覆性，是構(gòu)建新的增長(zhǎng)引擎的重要切入點(diǎn)”，我國(guó)持續(xù)聚焦新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，節(jié)能環(huán)保行業(yè)也期望從新材料端突破技術(shù)瓶頸，加深行業(yè)理解，加快技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)研究成果轉(zhuǎn)化落地，需要面面俱到。
