Zonne-energie is schoon en overvloedig. Maar als de zon niet schijnt, je moet de energie opslaan in batterijen of via een proces dat fotokatalyse wordt genoemd, waarbij zonne-energie wordt gebruikt om brandstoffen te maken. Bij fotokatalytische watersplitsing, zonlicht scheidt water in waterstof en zuurstof. De waterstof en zuurstof kunnen vervolgens opnieuw worden gecombineerd in een brandstofcel om energie vrij te maken.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe klasse van materialen - halide dubbele perovskieten - heeft misschien precies de juiste eigenschappen om water te splitsen, volgens een nieuw gepubliceerd artikel in Technische Natuurkunde Brieven .

"Als we een materiaal kunnen bedenken dat nuttig kan zijn als watersplitsende fotokatalysator, dan zou het een enorme doorbraak zijn, " zei Feliciano Giustino, een co-auteur op het papier.

Onderzoekers hebben eerder met veel fotokatalytische materialen geëxperimenteerd, zoals titaandioxide (TiO2). Terwijl TiO2 zonlicht kan gebruiken om water te splijten, het is inefficiënt omdat het zichtbaar licht niet goed absorbeert. Tot dusver, geen fotokatalytisch materiaal voor algemene watersplitsing is in de handel verkrijgbaar geworden.

Supercomputers gebruiken om de kwantumenergietoestanden van vier halide dubbele perovskieten te berekenen, George Volonakis en Giustino, beide van de Universiteit van Oxford, ontdekte dat Cs2BiAgCl6 en Cs2BiAgBr6 veelbelovende fotokatalytische materialen zijn omdat ze zichtbaar licht veel beter absorberen dan TiO2. Ze genereren ook elektronen en gaten (de positief geladen afwezigheid van elektronen) die voldoende energie hebben (of bijna ideale energieën) om water te splitsen in waterstof en zuurstof.

Er zijn maar weinig andere materialen die al deze eigenschappen tegelijk hebben, zei Giustino. "We kunnen niet zeggen dat dit zeker zal werken, maar deze verbindingen lijken alle juiste eigenschappen te hebben."

Giustino en zijn team ontdekten dit type perovskiet oorspronkelijk terwijl ze op zoek waren naar materialen om zonnecellen te maken. In de afgelopen jaren, perovskieten hebben belangstelling gekregen als materialen om de efficiëntie van op silicium gebaseerde zonnecellen te verhogen door middel van tandemontwerpen die een perovskietcel rechtstreeks integreren in een hoogrenderende siliciumcel, maar ze bevatten een kleine hoeveelheid lood. Als ze werden gebruikt voor het oogsten van energie in een zonnepark, het lood kan een potentieel gevaar voor het milieu opleveren.

in 2016, met behulp van computersimulaties om alternatieve materialen te identificeren, de onderzoekers vonden een nieuw type loodvrij perovskiet met potentieel voor hoogrenderende zonnecellen. Het huidige artikel laat zien dat deze nieuwe materialen ook water kunnen splitsen. "Deze nieuwe dubbele perovskieten zijn niet alleen veelbelovend als aanvullend materiaal voor tandemzonnecellen, maar ze kunnen ook veelbelovend zijn op gebieden als fotokatalyse, ' zei Volonakis.

Nog altijd, de nieuwe analyse is theoretisch, aangenomen dat de verbindingen perfecte kristallen vormen. De volgende stap, de auteurs zeiden, is voor experimentatoren om te zien of het materiaal in de echte wereld zo goed werkt als voorspeld. Ondertussen, de onderzoekers gebruiken hun computationele technieken om te onderzoeken of deze dubbele perovskieten eigenschappen hebben die nuttig zijn voor andere toepassingen zoals lichtdetectoren.