“预计到2030年，人类需要的能源比现在至少增加50%，而这种需求可能会超过现有的常规供应能力。而在应对不断增加的能源需求挑战的同时，还要避免增加CO2温室气体的排放量。”在第二届化学科学与社会高峰论坛（CS3）上，来自中国、美国、德国、英国和日本的顶级科学家指出了化学家肩负的责任，即材料化学家将帮助开发新的可持续能源转换和存储技术，同时不增加CO2排放；开发可以在地球上任何地方，都能高效地从阳光中捕获能源的可持续太阳能技术；用新一代电池和化学储能技术灵活地储存和运输能源，并能充分利用间歇形式存在的能源。

开辟新的能量来源

当前全世界的电力主要是由使用化石燃料为动力的发电厂生产，由此产生大量的CO2。仅在发达国家，电力生产就产生约30％的CO2排放。参加CS3论坛的专家们强调，新技术在解决问题的同时，必须做到不给后代留下额外的难题。因此，化学家们需要改进方法，用可持续、无污染方式生产可用能源，然后以便于运送或使用的形式将能源储存起来。譬如，使用太阳能面板可以将来自阳光的能量转化为电能，然后储存于诸如电池一类的能量载体中。

目前，材料化学家正与其他领域的科学家和工程师们一起努力，开发新的能源转化和储存技术。这些解决方案应能灵活满足普通消费者和工业用户的需求，同时比当下的能源体系产生更少的排放。

完善能量转化途径

《化学，为了可持续发展的全球社会》白皮书指出，能量从一种形式转换为另一种形式，经常要涉及相应的化学反应。详细研究这些化学反应的机理，对于开发出以能负担得起和可持续的方式驱动化学反应的新材料和过程而言，是至关重要的。

充足的阳光是未来的能源选择，人们可以利用光伏技术、光电化学、光催化、热电等技术，捕获太阳能并将其转化为可用的形式。然而，这些技术必须能够大规模利用太阳能，才能产生显著的效果。那么在这一过程中，材料化学应该怎样发挥作用呢？

化学家们指出，今后的方向应是开发出具有更低成本和更高效率的新型太阳能电池。这需要材料化学家合成出各种经济有效、能吸收全波段太阳光的新材料，并生产出高密度、可移动、长寿命的电荷载流子；需要设计和制备可替代、廉价的材料，能够以远高于植物的效率有效地模拟光合作用；需要开发和优化由丰产元素制备，能将太阳能、废热转化为电能的新型热电材料。

另外，燃料电池技术要想在商业上切实可行，就需要更加有效、低成本和含有可持续材料组件的燃料电池，它需要化学家开发比标准碳负载铂粒子催化剂具有更高催化活性的新材料。生物能源转换系统则是对常规能源供应的潜在、可持续的又一替代方案，其中微生物燃料电池将成为传统燃料电池技术的有益补充，并有望从废水和低品位废弃物中的有机质产生能量。

在这一领域，材料化学家将为燃料电池设计新的、含有可移动氢离子作为电荷载体的聚合物电解质和高温质子导体；通过发现和优化新的由地球上丰产元素制成、有更高稳定性和活性的催化剂，来为固体氧化物燃料电池构建新的混合型离子-电子导体。同时，通过跨学科的基础研究，开发出微生物燃料电池技术。

能量储存需求迫切

当今社会，对可靠的、可规模化的能量存储技术有着迫切需求。许多可再生能源如太阳能、风能是间歇性的并产自偏远地区，因此很难直接进入电网。化学家们提出，如果能源可以有效、安全地储存，就不再需要持续不断的能源供应。超大规模存储系统可以将这些以间歇性能源生产的能量储存起来以备后用。

白皮书就此强调，目前电池技术的能量密度必须在短期内得到改善，先进锂离子电池将是能量存储的一个过渡性解决方案，未来需要有基于来源丰富且材料可循环使用的新电池和热能存储设备。在这种情况下，材料化学家将为高能量密度的组件开发新材料，以改善电池性能；帮助开发包括新一代固态和液流电池以及储热设备的新储能技术，作为传统电池持久、安全的替代方案。

由于与氧气反应时可以释放能量，燃料分子的化学键可以作为储存能量的有效方式。化学储能设备可以和适当的能量转化手段相结合，生产需要时可以燃烧的如氢气、烃类化合物等燃料。其中，材料化学家将为电解水制氢设计新的催化体系及气体分离技术；设计和开发新的、可不用电解器而直接从水中制取氢的光催化材料；帮助开发创新的化学储能形式，包括从阳光、CO2和水生产燃料的手段。