分裂水的新材料

太阳能清洁而丰富。但是当太阳没有照射时，你必须将能量存储在电池中或通过一种称为光催化的过程 - 其中太阳能用于制造燃料。在光催化水分解中，太阳光将水分离成氢气和氧气。然后氢和氧可以在燃料电池中重新组合以释放能量。

根据AIP出版社发表的一篇新发表的应用物理快报的论文，现在，一种新的材料 - 卤化物双钙钛矿 - 可能具有分裂水的恰当性质。

“如果我们能够提出一种可用作水分解光催化剂的材料，那么这将是一个巨大的突破，”该论文的共同作者Feliciano Giustino说。

研究人员之前已经尝试过许多光催化材料，如二氧化钛(TiO2)。尽管二氧化钛可以利用太阳光来分解水，但它效率低，因为它不能很好地吸收可见光。到目前为止，没有用于一般水分解的光催化材料已经商业化。

使用超级计算机计算四种卤化双钙钛矿的量子能态，牛津大学的George Volonakis和Giustino发现Cs2BiAgCl6和Cs2BiAgBr6是有前途的光催化材料，因为它们比TiO2更好地吸收可见光。它们还产生电子和空穴(没有电子的正电荷)，它们具有足够的能量(或接近理想的能量)以将水分解成氢和氧。

Giustino说，很少有其他材料同时具备所有这些功能。“我们不能说这肯定会起作用，但这些化合物似乎具有所有合适的特性。”

Giustino和他的团队最初发现这种类型的钙钛矿，同时寻找制造太阳能电池的材料。在过去几年中，钙钛矿作为材料引起了人们的兴趣，通过将钙钛矿电池直接集成到高效硅电池上的串联设计提高了硅基太阳能电池的效率，但它们含有少量铅。如果将它们用于太阳能发电场的能量收集，则铅可能会对环境造成潜在危害。

2016年，研究人员利用计算机模拟识别替代材料，发现了一种新型的无铅钙钛矿，具有高效太阳能电池的潜力。本文表明这些新材料也可能分裂水。“这些新的双钙钛矿不仅有望成为串联太阳能电池的补充材料，而且在光催化等领域也具有前景，”Volonakis说。

尽管这些化合物形成了完美的晶体，但新的分析仍然是理论上的。作者说，下一步是让实验者看看材料是否在现实世界中起作用以及预测。与此同时，研究人员正在使用他们的计算技术来探索这些双钙钛矿是否具有对光探测器等其他应用有用的特性。