Et lovende nyt materiale har de rigtige egenskaber til at opfange solenergi, spalte vand i brint og ilt

Solenergi er ren og rigelig. Men når solen ikke skinner, du skal lagre energien i batterier eller gennem en proces kaldet fotokatalyse - hvor solenergi bruges til at lave brændstoffer. Ved fotokatalytisk vandspaltning, sollys adskiller vand til brint og ilt. Brinten og ilten kan derefter kombineres i en brændselscelle for at frigive energi.

Nu, en ny klasse af materialer - halogenid-dobbeltperovskitter - kan have de helt rigtige egenskaber til at spalte vand, ifølge et nyligt offentliggjort blad i Anvendt fysik bogstaver .

"Hvis vi kan finde på et materiale, der kan være nyttigt som en vandspalende fotokatalysator, så ville det være et enormt gennembrud, " sagde Feliciano Giustino, en medforfatter på papiret.

Forskere har eksperimenteret med mange fotokatalytiske materialer før, såsom titaniumdioxid (TiO2). Mens TiO2 kan udnytte sollys til at spalte vand, det er ineffektivt, fordi det ikke absorberer synligt lys godt. Indtil nu, intet fotokatalytisk materiale til generel vandspaltning er blevet kommercielt tilgængeligt.

Ved at bruge supercomputere til at beregne kvanteenergitilstandene for fire halogenid-dobbeltperovskitter, George Volonakis og Giustino, begge fra University of Oxford, fandt, at Cs2BiAgCl6 og Cs2BiAgBr6 er lovende fotokatalytiske materialer, fordi de absorberer synligt lys meget bedre end TiO2. De genererer også elektroner og huller (det positivt ladede fravær af elektroner), der har tilstrækkelig energi (eller næsten ideelle energier) til at opdele vand i brint og ilt.

Meget få andre materialer har alle disse funktioner på én gang, sagde Giustino. "Vi kan ikke sige, at dette vil fungere med sikkerhed, men disse forbindelser synes at have alle de rigtige egenskaber."

Giustino og hans team opdagede oprindeligt denne type perovskit, mens de ledte efter materialer til at lave solceller. I løbet af de sidste mange år, perovskites har fået interesse som materialer til at øge effektiviteten af ​​siliciumbaserede solceller gennem tandemdesign, der integrerer en perovskitcelle direkte på en højeffektiv siliciumcelle, men de indeholder en lille mængde bly. Hvis de blev brugt til energihøst i en solcellegård, blyet kan udgøre en potentiel miljøfare.

I 2016 ved hjælp af computersimuleringer til at identificere alternative materialer, forskerne fandt en ny type blyfri perovskit med potentiale for højeffektive solceller. Nærværende papir viser, at disse nye materialer også kan spalte vand. "Disse nye dobbeltperovskitter er ikke kun lovende som et komplementært materiale til tandemsolceller, men de kan også være lovende inden for områder som fotokatalyse, " sagde Volonakis.

Stadig, den nye analyse er teoretisk, forudsat at forbindelserne danner perfekte krystaller. Det næste skridt, forfatterne sagde, er for eksperimentalister at se, om materialet fungerer i den virkelige verden såvel som forudsagt. I mellemtiden, forskerne bruger deres beregningsteknikker til at undersøge, om disse dobbelte perovskitter har egenskaber, der er nyttige til andre applikationer som lysdetektorer.