Солнечная энергия есть в изобилии по всей планете, и она абсолютно чистая. Однако солнце светит не всегда, и когда его нет, то хранить энергию можно в батареях или благодаря процессу фотокатализа, во время которого солнечная энергия используется для производства топлива. Во время него солнечный свет помогает расщепить воду на кислород и водород. Затем кислород и водород могут быть рекомбинированы в топливном элементе для получения энергии.
Теперь новый класс материалов — галидные двойные перовскиты – позволят делать это максимально эффективно.
— Если мы сможем разработать материал, который может быть полезен в качестве фотокатализатора, разделяющего воду, то это будет огромный прорыв, — отметил соавтор доклада Фелициано Джустино.
Исследователи экспериментировали со множеством фотокаталитических материалов, такими как диоксид титана (TiO2). Он может использовать свет для расщепления воды, но он неэффективен, так как плохо поглощает видимый свет. Пока что ни один фотокаталитический материал не стал доступным на рынке. Используя суперкомпьютеры для расчета квантовых энергетических состояний четырех галогенидных двойных перовскитов, ученые из Оксфордского университета обнаружили, что Cs2BiAgCl6 и Cs2BiAgBr6 представляют собой наиболее перспективные фотокаталитические материалы, так как поглощают видимый свет лучше, чем TiO2.
Дополнительно они производят электроны и дыры, которые имеют достаточную энергию для расщепления воды. Джустино отметил, что пока ученые не могут сказать точно, что данные материалы будут работать как ожидается, но эти соединения, теоретически, обладают всеми важными свойствами.
За последние несколько лет перовскиты вызвали большой интерес как материалы, способные повысить эффективность кремниевых солнечных элементов за счет двойных конструкций, в которых перовскитовая ячейка объединяется с высокоэффективной кремниевой, но она содержит свинец. А свинец может потенциально нанести экологический вред.
В 2016 году с помощью компьютерного моделирования для поиска альтернативных материалов, исследователи нашли новый тип бессвинцового перовскита, который имеет большой потенциал для использования в высокоэффективных фотоэлементах.
— Новые двойные перовскиты многообещающие не только как дополнительный материал для тандемных фотопанелей, они могут быть эффективными в таких областях, как фотокатализ, — считает один из соавторов научной работы.
Но компьютерный анализ является лишь теоретическим, так как предполагается, что соединения находятся в виде идеальных кристаллов. Далее последуют реальные эксперименты.