Сонячна енергія екологічна і присутня в достатку. Але коли Сонце не світить, ви повинні зберігати енергію в батареях або через процес, званий фотокаталізом, в якому сонячна енергія використовується для виробництва палива. При фотокаталітичному розщепленні води сонячне світло розділяє воду на водень і кисень. Потім водень і кисень можуть бути рекомбіновані в паливному елементі для вивільнення енергії.
Тепер новий клас матеріалів - галогенідні подвійні перовскіти - можуть мати тільки правильні властивості для поділу води, згідно з нещодавно опублікованою роботою в журналі «Applied Physics Letters».
«Якщо ми зможемо придумати матеріал, який може бути корисний як фотокаталізатор, що розділяє воду, тоді це буде величезний прорив», - сказав Феліціано Джустіно, співавтор доповіді.
Раніше дослідники експериментували з багатьма фотокаталітичними матеріалами, наприклад, такими, як діоксид титану (TiO2). Хоча TiO2 може використовувати сонячне світло для поділу води, воно неефективне, тому що воно погано поглинає видиме світло. До теперішнього часу жоден фотокаталітичний матеріал для загального поділу води не став комерційно доступним.
Використовуючи суперкомп'ютери для розрахунку квантових енергетичних станів чотирьох галогенідних подвійних перовскітів, Джордж Волонакіс і Феліціано Джустіно, обидва з Оксфордського університету, виявили, що Cs2BiAgCl6 і Cs2BiAgBr6 є перспективними фотокаталітичними матеріалами, тому що вони поглинають видиме світло набагато краще, ніж TiO2.
Вони також генерують електрони і діри (позитивно заряджаючи відсутність електронів), які мають достатню енергію (або майже ідеальну енергію) для поділу води на водень і кисень.
Дослідники кажуть, що дуже деякі інші матеріали мають всі ці функції. «Ми не можемо сказати, що все це буде працювати, але ці з'єднання, схоже, володіють усіма необхідними властивостями».
Джустіно і його команда спочатку виявили цей тип перовскіту, шукаючи матеріали для виготовлення сонячних батарей. За останні кілька років перовскіти отримали інтерес в якості матеріалів для підвищення ефективності кремнієвих сонячних елементів за рахунок тандемних конструкцій, які інтегрують перовскитну комірку безпосередньо на високоефективну кремнієву комірку, але містять невелику кількість свинцю. Якби вони використовувалися для збору енергії в сонячній фермі, свинець міг становити потенційну екологічну небезпеку.
У 2016 році, використовуючи комп'ютерне моделювання для ідентифікації альтернативних матеріалів, дослідники виявили новий тип безсвінцевого перовскіту з потенціалом для високоефективних сонячних елементів. Справжня стаття показує, що ці нові матеріали можуть також розділяти воду. «Ці нові подвійні перовскіти не тільки перспективні як додатковий матеріал для тандемних сонячних батарей, але також можуть бути перспективними в таких областях, як фотокаталіз», - сказав Волонакіс.
Тим не менш, новий аналіз є теоретичним, припускаючи, що сполуки утворюють ідеальні кристали. Наступний крок, на думку авторів, полягає в тому, що експериментатори повинні бачити, чи працює матеріал у реальному світі.
Водночас дослідники використовують свої обчислювальні методи для вивчення того, чи мають ці подвійні перовскіти властивостями, доступними для інших застосувань, таких як світлові детектори.