非洲撒哈拉沙漠的大型風能和太陽能發(fā)電將增加降水和植被

北京師范大學地理科學學部李琰副教授與國內(nèi)外科學家合作，通過動態(tài)植被的氣候模式進行數(shù)值模擬實驗，研究發(fā)現(xiàn)在非洲撒哈拉沙漠建立大規(guī)模風力和太陽能發(fā)電將有助于增加區(qū)域降水和植被，有利于區(qū)域氣候和生態(tài)環(huán)境。其中非洲撒哈拉沙漠的降雨量可增加一倍以上，在薩赫勒（Sahel）地區(qū)增加高達～500毫米/年，區(qū)域植被覆蓋度增加20%。研究成果發(fā)表于Science。論文指出，風電和太陽發(fā)電對區(qū)域氣候的影響是通過兩種不同機制來實現(xiàn)。風電和太陽能發(fā)電設(shè)施會改變地表特性，當規(guī)模足夠大時，可能會對區(qū)域氣候產(chǎn)生顯著影響。論文成果對于解決能源—水—食物系統(tǒng)的可持續(xù)性挑戰(zhàn)具有重要意義。

撒哈拉沙漠大規(guī)模風電和太陽能發(fā)電對降水影響的模擬（圖片來源于北京師范大學地理科學學部）

高效鈣鈦礦太陽能電池研究

北京大學物理學院俞大鵬院士領(lǐng)導(dǎo)的“納米結(jié)構(gòu)與低維物理”研究團隊中，趙清教授與合作者以傳統(tǒng)兩步法為基礎(chǔ)，設(shè)計提出了鈣鈦礦籽晶誘導(dǎo)生長的兩步旋涂法，通過在碘化鉛薄膜中引入含銫鈣鈦礦籽晶，使籽晶提供后續(xù)鈣鈦礦生長的成核位點，引導(dǎo)高質(zhì)量薄膜生長，解決兩步法中無機陽離子的有效摻雜問題。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Communications。研究者通過籽晶誘導(dǎo)，可實現(xiàn)對成核和晶粒大小的精確調(diào)控，有效摻入無機Cs離子，器件的能量轉(zhuǎn)化效率提升至21.7%。同時，器件在AM1.5G太陽光下持續(xù)工作140小時后，仍然保持超過60%的初始效率，遠優(yōu)于傳統(tǒng)兩步法數(shù)小時的穩(wěn)定性。

三元有機太陽能電池活性層形貌控制

中國科學院化學研究所有機固體重點實驗室研究員朱曉張課題組科研人員利用前期發(fā)展的噻吩并噻吩類光伏受體新材料NITI，合理選擇二元體系，構(gòu)筑了具有“分級結(jié)構(gòu)”的三元活性層形貌，實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化效率的大幅提升，闡釋了形貌對光電過程和器件參數(shù)的決定性影響，相關(guān)論文發(fā)表于Nature Energy。三元有機太陽能電池保持單節(jié)電池結(jié)構(gòu)，在二元活性層中引入吸收互補的第三組分，增強光譜吸收。盡管三元電池取得了一定成功，但面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，其核心問題在于對三元共混薄膜難以實現(xiàn)清晰、有效的形貌控制，用以同時保證高效的激子解離和電荷傳輸。

層狀氮化物中電場誘導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)超導(dǎo)電性研究

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心超導(dǎo)國家重點實驗室SC10組陳根富研究員等在層狀氮化物MNCl（M： Hf， Zr）的電場調(diào)控研究中取得進展，實現(xiàn)了電場誘導(dǎo)的永久超導(dǎo)電性，并對其機制進行了全面和深入的研究。研究論文發(fā)表于Chinese Physics Letters。近年來，利用離子液體作為電介質(zhì)進行電場調(diào)控物性的研究引起了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的極大關(guān)注，其中電荷雙層三極管成為一種典型的電場調(diào)控工具。電場誘發(fā)的部分Cl離子空位會對體系產(chǎn)生電子摻雜，并最終形成不可逆的穩(wěn)態(tài)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。這為在具有類似結(jié)構(gòu)的低維化合物中探索和研究超導(dǎo)電性提供了新的實驗思路和視野。

水溶液實現(xiàn)鐵電極化的“活字印刷”

北京師范大學張金星教授課題組與清華大學、中國科學院物理研究所、北京理工大學和賓州州立大學合作，探索了無鉛鐵電材料（鐵酸鉍）與水溶液（普適的化學溶劑和生命之源）的界面物理和化學行為，發(fā)現(xiàn)不同鐵電極化表面可以有選擇性地誘導(dǎo)界面化學反應(yīng)和離子成鍵，幫助有效構(gòu)建固—液界面結(jié)構(gòu)。研究論文發(fā)表于Nature Communication。不同于傳統(tǒng)的控制方法如電場、機械力等，全水溶液原位可逆翻轉(zhuǎn)鐵電極化不需要消耗化石能源，實現(xiàn)了電極化翻轉(zhuǎn)的綠色調(diào)控。此工作以中國書法藝術(shù)《蘭亭序》中的“水“字為例，展示了對鐵電極化大面積、低成本的“活字印刷”技術(shù)。

鐵電極性表面選擇性離子成鍵，以及伴隨的鐵電材料體極化在微納尺度的“活字印刷”。（圖片來源于北京師范大學黨委宣傳部新聞中心）

我國實現(xiàn)火力發(fā)電增長與用水脫鉤

同濟大學經(jīng)濟與管理學院張超副教授與學者合作，發(fā)現(xiàn)海河流域大部分地區(qū)火電水資源壓力指數(shù)明顯下降，而西北大型煤電基地所處匯水區(qū)的壓力指數(shù)則顯著上升，為此建議西北地區(qū)煤電基地開發(fā)應(yīng)實行“取水總量控制”措施，研究論文發(fā)表于Nature Energy。我國擁有世界上規(guī)模最大的火力發(fā)電裝機，研究首次建立了我國長時間序列高分辨率火力發(fā)電用水地理信息數(shù)據(jù)庫，揭示了2000至2015年間火電取水、耗水及其水資源壓力的時空格局演變過程，定量評估了多種影響因素對火力發(fā)電水資源利用效率提升的貢獻。該研究對我國制定合理的水資源管理政策和電力工業(yè)發(fā)展政策均具有借鑒意義。

原位探測鋰電池層狀材料制備過程結(jié)構(gòu)演化的研究

北京大學深研院新材料學院潘鋒教授課題組和美國Brookhaven國家實驗室王峰教授課題組合作，揭示了高Ni層狀材料結(jié)構(gòu)無序的合成起源，為合成過程中降低甚至消除結(jié)構(gòu)無序提供了理論指導(dǎo)，有望顯著提升富鎳材料的實際容量及能量密度。研究論文發(fā)表于Journal of American Chemical Society。鋰離子電池（LIB）在便攜式電子設(shè)備、電動車等領(lǐng)域有著廣泛的用途。富Ni層狀氧化物正極材料，由于能量密度高、成本低等特點，已成為最有應(yīng)用前景的下一代LIB正極材料之一。然而，隨著層狀材料中Ni含量的增加，產(chǎn)生了許多相關(guān)的問題，如實際容量和理論容量相差大、熱穩(wěn)定性低、循環(huán)穩(wěn)定性差等。

共價有機框架材料太陽能轉(zhuǎn)化電化學能研究

中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所王要兵課題組和袁大強課題組報道了一種利用同時具有光吸收和可逆電化學能量存儲的雙功能材料，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電化學能的新方法?？蒲谐晒l(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。將太陽能存儲在電化學儲能器件中，是解決太陽能間歇性供應(yīng)，實現(xiàn)其廣泛應(yīng)用的有效方法。該研究以同時具有可逆電化學反應(yīng)和分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移協(xié)同作用的雙功能陰極材料為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種新型的太陽能—電化學能量轉(zhuǎn)換/存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)了對太陽能的有效利用。為替代集成的太陽能電池和電池系統(tǒng)提供了新的思路。