都柏林圣三一学院的科学家们正在研究一种配方，该配方将使未来生产完全可再生的清洁能源成为可能，其中水将是唯一的废物。利用他们在化学、理论物理和人工智能方面的专业知识，该团队现在正在对配方进行微调，真正相信看似不可能的事情总有一天会成为现实。

不到两年前报告的该领域的初步工作取得了希望。现在，这一承诺在刚刚发表在领先期刊Cell Reports Physical Science 上的令人兴奋的工作中得到了显着放大。

一首歌的能量——理论和问题

减少人类的二氧化碳 (CO 2 ) 排放可以说是 21 世纪文明面临的最大挑战——尤其是考虑到全球人口的增长和随之而来的能源需求的增加。

希望的灯塔是这样一种想法，即我们可以使用可再生电力分解水 (H 2 O) 以生产绿色、富含能量的氢 (H 2 )，然后将其储存并用于燃料电池。在风能和太阳能发电来分解水的情况下，这是一个特别有趣的前景，因为这将使我们能够储存能量以在这些可再生能源不可用时使用。

然而，最根本的问题是水非常稳定，需要大量的能量才能分解。没有必要使用比您从这样的努力中获得的更多的能量。需要清除的一个特别主要的障碍是这种与氧气产生相关的“超电势”，这是分解水以产生 H 2的瓶颈反应。

尽管某些元素在分解水方面是有效的，例如钌或铱，但这些元素对于全球商业化而言过于昂贵且稀缺。其他更便宜的选择往往在效率和/或稳健性方面受到影响。事实上，目前还没有人发现在相当长的一段时间内具有成本效益和稳健性的催化剂。

那么，你如何解开这样的谜语呢?在你想象实验室外套、眼镜、烧杯和奇怪的气味之前停下来;这项工作完全是通过计算机完成的。

通过将化学家和理论物理学家聚集在一起，三位一体团队背后的最新突破性化学智能与非常强大的计算机相结合，以找到催化的“圣杯”之一。

团队发现了什么?

然后：两年前，该团队发现科学一直低估了一些更具反应性的催化剂的活性，因此，可怕的“过电位”障碍似乎更容易清除。此外，在完善用于预测水分解催化剂效率的长期被接受的理论模型时，他们使寻找难以捉摸的“绿色”催化剂变得更加容易。

现在：他们随后的搜索使用自动组合方法和先进的量子化学模型进行，确定了地球上丰富的金属和配体(将它们粘合在一起以产生催化剂)的九种组合，作为非常有希望的实验研究线索。

对团队来说，三种金属(铬、锰、铁)特别有前途。数以千计的基于这些关键成分的催化剂现在可以放置在一个熔炉中，并随着对神奇组合的探索继续评估它们的能力。

Trinity 的 Ussher 化学助理教授 Max García-Melchor 是这项具有里程碑意义的研究的资深作者。他说：

“两年前，我们的工作使寻找催化剂圣杯的过程看起来更容易管理。现在，我们通过显着缩小搜索范围并加快搜索方式，又取得了又一次重大飞跃。

“直到最近，我们一直在巨大的干草堆中寻找一根细针。在减少干草堆的大小后，我们现在已经收集了大量剩余的干草。为了增加规模感，两年前我们筛选了 17催化剂。现在我们已经筛选了 444 个，相信用不了多久我们就会拥有一个包含 80,000 个“可筛选”催化剂的数据库。

“'我们怎样才能可持续地生活?' 这可以说是 21 世纪社会面临的最大和最紧迫的问题。我相信来自各个学科的研究人员可以帮助回答这个问题，我们觉得我们追求的一个特别优势是我们正在采取的多学科方法。”

迈克尔·克雷格博士 Trinity 的候选人，是该期刊文章的第一作者。他加了：

“科学可以为世界提供完全可再生能源似乎充满希望，这项最新工作为优化可持续储存这种能源的方式提供了理论基础，并通过精确定位提供最大希望的特定金属来超越这一点。

“许多研究都集中在有效但价格昂贵的金属作为可能的候选物上，尽管这些金属太罕见，无法完成为社会储存足够氢气所需的繁重工作。我们专注于寻找长期可行的选择.我们希望我们会。”