太陽能清潔而豐富。但是當(dāng)太陽沒有照射時(shí)，你必須將能量存儲(chǔ)在電池中或通過一種稱為光催化的過程 - 其中太陽能用于制造燃料。在光催化水分解中，太陽光將水分離成氫氣和氧氣。然后氫和氧可以在燃料電池中重新組合以釋放能量。

根據(jù)AIP出版社發(fā)表的一篇新發(fā)表的應(yīng)用物理快報(bào)的論文，現(xiàn)在，一種新的材料 - 鹵化物雙鈣鈦礦 - 可能具有分裂水的恰當(dāng)性質(zhì)。

“如果我們能夠提出一種可用作水分解光催化劑的材料，那么這將是一個(gè)巨大的突破，”該論文的共同作者Feliciano Giustino說。

研究人員之前已經(jīng)嘗試過許多光催化材料，如二氧化鈦(TiO2)。盡管二氧化鈦可以利用太陽光來分解水，但它效率低，因?yàn)樗荒芎芎玫匚湛梢姽狻５侥壳盀橹?，沒有用于一般水分解的光催化材料已經(jīng)商業(yè)化。

使用超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算四種鹵化雙鈣鈦礦的量子能態(tài)，牛津大學(xué)的George Volonakis和Giustino發(fā)現(xiàn)Cs2BiAgCl6和Cs2BiAgBr6是有前途的光催化材料，因?yàn)樗鼈儽萒iO2更好地吸收可見光。它們還產(chǎn)生電子和空穴(沒有電子的正電荷)，它們具有足夠的能量(或接近理想的能量)以將水分解成氫和氧。

Giustino說，很少有其他材料同時(shí)具備所有這些功能。“我們不能說這肯定會(huì)起作用，但這些化合物似乎具有所有合適的特性。”

Giustino和他的團(tuán)隊(duì)最初發(fā)現(xiàn)這種類型的鈣鈦礦，同時(shí)尋找制造太陽能電池的材料。在過去幾年中，鈣鈦礦作為材料引起了人們的興趣，通過將鈣鈦礦電池直接集成到高效硅電池上的串聯(lián)設(shè)計(jì)提高了硅基太陽能電池的效率，但它們含有少量鉛。如果將它們用于太陽能發(fā)電場(chǎng)的能量收集，則鉛可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在危害。

2016年，研究人員利用計(jì)算機(jī)模擬識(shí)別替代材料，發(fā)現(xiàn)了一種新型的無鉛鈣鈦礦，具有高效太陽能電池的潛力。本文表明這些新材料也可能分裂水。“這些新的雙鈣鈦礦不僅有望成為串聯(lián)太陽能電池的補(bǔ)充材料，而且在光催化等領(lǐng)域也具有前景，”Volonakis說。

盡管這些化合物形成了完美的晶體，但新的分析仍然是理論上的。作者說，下一步是讓實(shí)驗(yàn)者看看材料是否在現(xiàn)實(shí)世界中起作用以及預(yù)測(cè)。與此同時(shí)，研究人員正在使用他們的計(jì)算技術(shù)來探索這些雙鈣鈦礦是否具有對(duì)光探測(cè)器等其他應(yīng)用有用的特性。