超导材料、催化剂、石墨烯...国家关注的15种前沿材料6个涉环保

　　2023年8月28日，工业和信息化部公开了联合国务院国资委发布的《前沿材料产业化重点发展指导目录(第一批)》，一共15种材料，6种都涉及节能环保以及新能源领域。

　　超导材料——
 

　　具有超导零电阻、大电流密度，外磁场下更高的性能等特点的高性能超导材料，包括稀土钡铜氧超导材料、“铜系"超导材料、“钇系”铜基超导材料、“铋系”超导材料、MgBz超导材料、NbySn超导线材、超导同轴缆材等。
 

　　由于超导体没有电阻(0电阻)，没有励磁消耗和电枢内耗，承载电流密度大，因此具备明显的节能效果。如超导发电机可以提高水电站、火电站和核电站的单机容量；超导电动机，比普通电动机节约大约25%的能源。曾有科学家开发出的超导体微处理器，能源效率提升了80倍之多。
 

　　超导材料具备超强的输能和储能能力，所以在电动汽车方面就能用来增加储能密度，在电网方面又能大幅避免能量损失，提高电力传输的效率。此外，超导材料的特性也意味着，其在很多领域都能助力实现高效、节能和环保的目的。
 

　　钙钛矿材料——
 

　　具有钙钛矿结构和光电特性的一类材料，包括有机金属卤化物钙钛矿光伏材料、全无机卤化物钙钛矿量子点、卤化物钙钛矿单晶等。
 

　　如果说在新能源领域哪里听到的“钙钛矿”最多，想必就是光伏了。钙钛矿太阳能电池，可以说是目前研究领域的最前沿产品，其技术变革引发了科研热潮，并被认为可能成为能源行业“游戏规则的改变者”。据目前的研究显示，钙钛矿太阳能电池有着高效率、低能耗、低成本和应用广泛等特点，另还具有轻薄、可弯曲的特性，只是在耐用性和稳定性上还需要进一步论证。
 

　　钙钛矿指的不是特定材料，而是一种结构、一类物质，钙钛矿太阳能电池属于第三代太阳能电池，实验数据称其能将光伏发电效率从3%提高到25%以上，称得上是跨越性进展。
 

　　而更重要的是，不止在光伏领域，钙钛矿材料或还能助力钢铁行业减污降碳。英国伯明翰大学的研究人员就表示，利用钙钛矿材料放在回收系统的反应室里，当循环系统将二氧化碳泵送到反应室，他们制作的BCNF1就能捕获氧原子，留下一氧化碳，从而适用他们提出的碳循环系统改进方案，预计能减少88%的二氧化碳排放量。
 

　　金属基单原子合金催化材料——
 

　　稀释在铜等金属基体中的异质原子组成的金属基单原子合金，具有独特的电子结构和几何特征，可有效调控CO2电还原，实现高活性和高选择性的统一。
 

　　单原子位点催化剂具有原子利用率最大化和活性位点孤立的特点，是近年来备受“宠爱”的研究对象，在许多催化应用中表现亮眼。可以说，现在很多领域都用到了催化技术，一般来说，在非均相催化中，提高活性组分(通常是活性金属)的表面原子比可以直接提高催化效率。
 

　　此前，中科大研究团队就在铜基电催化剂领域取得了重要进展，通过制备出铅单原子合金化的铜基电催化剂(Pb1Cu，SAAs)，使 CO₂ 电催化还原直接制备出高纯甲酸(HCOOH)溶液成为可能。据悉，该电催化剂可以实现高达 96% 法拉第效率(FE，Faraday Efficiency)的 CO₂-to-HCOOH 转化。
 

　　石墨烯——
 

　　碳原子以sp2杂化共价键连接形成的二维碳材料，具有优异的光、热、力、电性质，兼具良
 

　　好的化学稳定性。包括高导电石墨烯铜基复合材料、石墨烯电极材料等。
 

　　石墨烯很多人应该都并不陌生，业界对其有很多赞誉，比如“黑金”，比如“改变21世纪的神奇材料”，比如“新材料King”。节能环保领域有很多地方可以用到石墨烯，比如号称“8分钟充满80%电量”的石墨烯电池，以及用石墨烯制成的海水淡化膜，还有利用石墨烯对重金属离子的吸附作用对电子垃圾进行筛选，对土壤重金属污染进行治理等等。
 

　　“石墨烯+环保”，用于过滤系统，用于净化设备，用于制造石墨烯干燥设备，石墨烯泵、石墨烯脉冲集尘器等等，逐渐成为了一种“全能”材料，备受业界关注。
 

　　“前沿材料代表新材料产业发展的方向与趋势，具有先导性、引领性和颠覆性，是构建新的增长引擎的重要切入点”，我国持续聚焦新材料产业发展，节能环保行业也期望从新材料端突破技术瓶颈，加深行业理解，加快技术创新，推动研究成果转化落地，需要面面俱到。