Новый материал для разделения воды

Многообещающий новый материал имеет уникальные свойства для захвата солнечной энергии и разделения воды на водород и кислород

Резюме:  Солнечная энергия чиста и изобилует, но когда солнце не светит, вы должны хранить энергию в батареях или через процесс, называемый фотокатализом. При фотокаталитическом расщеплении воды солнечный свет отделяет воду от водорода и кислорода, который затем может быть рекомбинирован в топливном элементе для высвобождения энергии. Теперь новый класс материалов — галогенидные двойные перовскиты — может иметь уникальные свойства для разделения воды.

Новые бессвинцовые двойные перовскиты представляют собой потенциальные фотокатализаторы для разделения воды.

Солнечная энергия чиста и изобилует. Но когда солнце не светит, вы должны хранить энергию в батареях или через процесс, называемый фотокатализом — в котором солнечная энергия используется для производства топлива. При фотокаталитическом расщеплении воды солнечный свет отделяет воду от водорода и кислорода. Затем водород и кислород могут быть рекомбинированы в топливном элементе для высвобождения энергии.

Теперь новый класс материалов — галогенид двойных перовскитов — может иметь только правильные свойства для разделения воды, согласно недавно опубликованной работе в Applied Physics Letters , из AIP Publishing.

«Если мы сможем придумать материал, который может быть полезен в качестве фотокатализатора, разделяющего воду, тогда это будет огромный прорыв», — сказал Фелициано Джустино, соавтор доклада.

Ранее исследователи экспериментировали со многими фотокаталитическими материалами, такими как диоксид титана (TiO2). Хотя TiO2 может использовать солнечный свет для разделения воды, он неэффективен, потому что он плохо поглощает видимый свет. До настоящего времени ни один фотокаталитический материал для общего разделения воды не стал коммерчески доступным.

Используя суперкомпьютеры для расчета квантовых энергетических состояний четырех галогенидных двойных перовскитов, Джордж Волонакис и Джустино, оба из Оксфордского университета, обнаружили, что Cs2BiAgCl6 и Cs2BiAgBr6 являются перспективными фотокаталитическими материалами, потому что они поглощают видимый свет намного лучше, чем TiO2. Они также генерируют электроны и дырки (положительно заряжая отсутствие электронов), которые имеют достаточную энергию (или почти идеальную энергию) для разделения воды на водород и кислород.

Джустино сказал, что очень немногие другие материалы имеют все эти функции. «Мы не можем сказать, что это будет работать точно, но эти соединения, похоже, обладают всеми необходимыми свойствами».

Джустино и его команда изначально обнаружили этот тип перовскита, ища материалы для изготовления солнечных батарей. За последние несколько лет перовскиты получили интерес в качестве материалов для повышения эффективности кремниевых солнечных элементов за счет тандемных конструкций, которые интегрируют перовскитную ячейку непосредственно на высокоэффективную кремниевую ячейку, но содержат небольшое количество свинца. Если бы они использовались для сбора энергии в солнечной ферме, свинец мог представлять потенциальную экологическую опасность.

В 2016 году, используя компьютерное моделирование для идентификации альтернативных материалов, исследователи обнаружили новый тип бессвинцового перовскита с потенциалом для высокоэффективных солнечных элементов. Настоящая статья показывает, что эти новые материалы могут также разделять воду. «Эти новые двойные перовскиты не только перспективны как дополнительный материал для тандемных солнечных батарей, но также могут быть перспективными в таких областях, как фотокатализ», — сказал Волонакис.

Тем не менее, новый анализ является теоретическим, предполагая, что соединения образуют идеальные кристаллы. Следующий шаг, по мнению авторов, заключается в том, что экспериментаторы должны видеть, работает ли материал в реальном мире, а также предсказывается. В то же время исследователи используют свои вычислительные методы для изучения того, обладают ли эти двойные перовскиты свойствами, применимыми для других применений, таких как световые детекторы.

Источник:

Материалы, предоставлены Американским физическим институтом .

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*