从光伏到氢能 2025年诺奖暗藏“能源革命”玄机

今日新闻 2025年10月10日 07:13 1 admin

今年的几项诺奖，有玄机。

2025年诺贝尔物理学奖和化学奖已经揭晓。前者，授予约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯三名量子物理学家，以表彰他们在电路中实现宏观量子力学隧穿效应和能量量子化方面的贡献；后者，则授予北川进、理查德·罗布森以及奥马尔·M·亚吉三位科学家，以表彰其在金属有机骨架化合物开发领域的贡献。

有观点评价，传统意义上诺贝尔奖多授予“从0到1”的原创性科学发现，但今年几项诺贝尔奖却偏向“1到99”的技术推进和应用探索。

具体而言，2025年诺贝尔物理学奖所提到的“隧穿效应”，通俗理解为：电子等微观粒子能够穿入或穿越能量壁垒的量子行为，这就像是“穿墙而过”。而2025年诺贝尔化学奖所说的“金属有机骨架（MOF）”，指的是：金属离子和分子共同排列形成含有大空腔的晶体，这些多孔材料被称为金属有机骨架，科学家可以通过改变MOF中使用的基本单元，来捕获和储存特定物质。

21世纪经济报道记者注意到，今年获得诺贝尔物理学奖和化学奖的科学发现，皆给未来新能源材料的“革命”提供了想象空间。例如，量子隧穿效应或对未来新型光伏机制突破光电转换效率理论极限会有潜在的帮助；金属有机骨架凭借其独特的纳米孔结构和可调控的吸附性能，被视作下一代制氢、储氢介质的潜力材料。

隧穿效应：光伏领域并不陌生

中国古代神话故事几乎都会提及一种术法：“穿墙术”，一个人的身体穿墙而过，却不会受到任何伤害。这在现实世界宛如“天方夜谭”，但在量子世界里“司空见惯”。

上述所类比的场景，即是量子力学里的“隧穿效应”。这是打破我们在宏观世界认知的一种现象——在现实世界中，我们若要穿过身前的一堵墙，就必须翻越或者凿穿它，因为经典物理学告诉我们物体的能量如果低于克服障碍所需要的能量，你就无法突破障碍。然而，在量子世界中，微观粒子却可以以一定的概率在同一空间中出现在不同的位置，即便它自身的能量低于穿越壁垒时所需的能量。

而今年诺贝尔物理学奖表彰的实验证明了上述量子隧穿效应，可以在包含大量粒子的宏观尺度上被观测到。有分析观点认为，今年诺贝尔物理学奖的技术应用，为开发包括量子密码学、量子计算机和量子传感器在内的下一代量子技术创造了可能。

“量子隧穿效应相关的工作已经多次获得诺贝尔奖了。但以往我们关注的都是量子隧穿效应在微观尺度电子的‘概率行为’，而这次工作的关键在‘宏观’两个字，所以说其主要的应用在量子密码学、量子计算机等看得见摸得着，需要有决定性的领域。”晶澳科技CTO欧阳子在接受21世纪经济报道记者采访时评论道。

值得一提的是，对于光伏领域而言，“隧穿效应”并不陌生。

“量子隧穿效应本身并不是新鲜事物，1920年代就被科学家提出来了，它是量子物理的基石之一，在半导体领域有着广泛的应用，在光伏历史上很多器件也用到了量子隧穿效应，比如MOS电池，以及如今已经大规模应用的TOPCon电池。”欧阳子告诉21世纪经济报道记者。

TOPCon，全称为隧穿氧化层钝化接触（Tunnel Oxide Passivated Contact），以“隧穿氧化层+多晶硅层”的结构，降低少数载流子复合的同时，通过隧穿机制进行多数载流子传输，从而兼顾钝化与良好的电导性能，实现超高的太阳能电池光电转换效率。如今，TOPCon电池已经占据了光伏电池市场的主流份额。

欧阳子补充道：“可以说，量子隧穿效应是TOPCon太阳能电池的核心。”

21世纪经济报道记者注意到，今年诺贝尔物理学奖的确在光伏行业引发了一波讨论。10月8日晚间，中来股份总裁林建伟便在朋友圈写道：“量子隧穿效应，中来2016年开始研发的TOPCon太阳能电池，在该领域算是国内第一家应用该技术。”

不过，就今年诺贝尔物理学奖本身而言，其短期内与光伏太阳能电池的直接联系并不明显。“它主要属于量子电子学、超导电路、量子技术领域。”但欧阳子认为，“新的诺奖工作增强了我们对量子隧穿、量子态控制的理解，对未来新型光伏机制突破光电转换效率理论极限会有潜在的帮助。”

金属有机骨架：下一代氢能材料

2025年诺贝尔化学奖将“金属有机骨架”带入公众视线。

这是一种全新的分子结构架构形式，可以使气体和其他化学物质能够在其中流动，从而实现从沙漠空气中提取水分、捕获二氧化碳、储存气体，或催化化学反应。

重庆大学化学化工学院教授李存璞在接受《返朴》杂志采访时表示，对于能源领域而言，金属有机骨架材料最大的应用价值体现在其作为碳材料和掺杂碳材料的理想模板，在吸附分离领域中发挥了至关重要的作用，并极大地拓展了其在能源、催化和材料科学中的广泛应用潜力。

实际上，当今年诺贝尔化学奖揭晓后，氢能产业同样引发了一波讨论。

被视作“21世纪终极能源”的氢能，目前仍然处于商业化的起步阶段。其中，储氢是挑战之一。而在氢能的储存方式上，目前分为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。在实际应用中，需要根据具体需求和条件来选择合适的储氢方式。

21世纪经济报道记者注意到，早在今年8月，《自然·化学》便刊发了一个由多国科学家组成的研究团队最新成果，首次发现了一种金属有机骨架材料，具备高效的储氢潜力。该论文显示，该种材料具备类似海绵的孔洞网络，其独特之处在于“柔性晶格”，单位质量的储氢量达6.5%，且储氢密度可以媲美70MPa高压储瓶，可在常规条件下运行。

此外，由中国科学院国家纳米科学中心赵慎龙团队同样在今年8月发表的突破性研究，为金属有机骨架电极规模化制备及电解水应用打下了基础。

据公开报道，该团队研究人员通过室温电沉积规模化制备工艺，实现了分钟级快速合成400平方厘米大尺寸金属有机骨架电极，并将其应用于碱性电解水体系。而该电极展现出极低的电解能耗，且能够实现长达5000小时的稳定运行，未来有望在大规模绿氢生产中得到实际应用。

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