Các nhà nghiên cứu đã đẩy nhanh tiến trình phát hiện các loại năng lượng mặt trời có thể thay thế than, dầu và các nhiên liệu hóa thạch khác. Giấc mơ nghiên cứu về năng lượng sạch được tạo ra chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời, nước và CO2. Các nhà nghiên cứu đang khám phá một loạt các nhiên liệu, từ khí hydro đến hydrocarbon lỏng, và chế tạo ra bất kỳ loại nhiên liệu nào có liên quan đến việc tách nước.

Mỗi phân tử nước bao gồm một nguyên tử oxy và hai nguyên tử hydro. Sau khi được tách ra, các nguyên tử hydro có thể hội tụ lại để tạo ra khí hydrô dễ cháy hoặc kết hợp với CO2 để tạo ra các nhiên liệu hydrocarbon và nguồn năng lượng dồi dào có thể tái tạo. Tuy nhiên, vấn đề là các phân tử nước không thể dễ dàng phân rã khi có ánh sáng nắng trời chiếu vào. Chúng cần một sự trợ giúp từ chất xúc tác chế tạo năng lượng mặt trời.

Để tạo ra năng lượng mặt trời, các nhà khoa học đã cố gắng phát triển vật liệu có chi phí thấp và hiệu quả, được gọi là các tấm quang điện, có khả năng tách nước bằng cách sử dụng ánh sáng như một nguồn năng lượng. Trong bốn thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu chỉ xác định được 16 trong số những cực quang anốt (photoanode) này. Giờ đây, bằng cách sử dụng phương pháp mới để xác định các vật liệu, một nhóm nghiên cứu do ông John Gregoire tại Caltech và ông Jeffrey Neaton, Qimin Yan của Phòng thí nghiệm Berkeley đã tìm thấy 12 cực quang anốt mới.

Phương pháp mới này được phát triển thông qua mối quan hệ hợp tác giữa Trung tâm về quang hợp nhân tạo (JCAP) tại Caltech, và Dự án Vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley, sử dụng nguồn tài nguyên tại Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia (NERSC).

Quy trình phát hiện các vật liệu trước dựa vào việc kiểm tra hợp chất riêng lẻ để thử nghiệm khả năng sử dụng của chúng trong các ứng dụng cụ thể. Trong tiến trình mới, ông Gregoire và các cộng sự của mình đã kết hợp phương pháp tính toán, và thử nghiệm bằng cách khai thác cơ sở dữ liệu nguyên liệu cho các hợp chất có tiềm năng.

Trong nghiên cứu mô tả, họ đã khám phá ra 174 kim loại - các hợp chất có chứa thành phần vanadi và oxy cùng với một nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn.

Nghiên cứu cho thấy sự lựa chọn khác nhau của yếu tố thứ ba này có thể tạo ra các chất liệu có tính chất khác nhau và tiết lộ cách “điều chỉnh” những đặc tính này để tạo ra một chất quang phổ tốt hơn. Ông Gregoire cho biết: “Sự tiến bộ của nhóm là kết hợp những khả năng của lý thuyết và siêu máy tính cùng các thí nghiệm mới lạ để tạo ra những kiến thức khoa học ở mức chưa từng có”.