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 眾所周知，太陽(yáng)能是清潔無(wú)污染且可以廣泛使用的能源之一。但是，當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)光時(shí)，人們需要把這些能量?jī)?chǔ)存在電池中或者說(shuō)通過(guò)光催化過(guò)程將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為其它能源，例如通過(guò)光催化將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能。

太陽(yáng)能清潔且豐富，但是當(dāng)太陽(yáng)不發(fā)光的時(shí)候，需要將電能儲(chǔ)存在電池內(nèi)，這個(gè)過(guò)程被稱為光催化。在光催化水分解過(guò)程中，陽(yáng)光將水分解成氫和氧，然后在燃料電池中重新組合，釋放能量。日前發(fā)表在Applied Physics Letters上的一篇文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)了一類新材料——鹵化物雙鈣鈦礦，這種材料可能具有適當(dāng)?shù)男再|(zhì)可以用來(lái)分解水。圖片中展示的是可作為新型潛在的光催化劑的無(wú)鉛鹵化物雙鈣鈦礦材科。
圖片來(lái)源：George Volonakis

      在光催化分解水的過(guò)程中，陽(yáng)光將水分解為氧氣和氫氣。隨后，氧氣和氫氣在燃料電池中可以再次組合并釋放能量。

      現(xiàn)在，根據(jù)最近發(fā)表在Applied Physics Letters上的一篇論文，來(lái)自美國(guó)物理學(xué)會(huì)的研究員發(fā)現(xiàn)了一種叫做鹵化物雙鈣鈦礦的新型材料，它可能擁有捕獲太陽(yáng)能并將水分解成氧氣和氫氣的優(yōu)異性質(zhì)。

      本論文的共同作者Feliciano Giustino說(shuō)：“如果我們能找到一種可以作為水分解光催化劑的材料，那將是一個(gè)巨大的突破”。

      科學(xué)家已經(jīng)測(cè)試了許多光催化材料，例如二氧化鈦（TiO2）。雖然TiO2可以利用陽(yáng)光來(lái)分解水，但是它不能充分的吸收可見光，因此分解效率并不高。到目前為止，在商業(yè)上還沒(méi)有出現(xiàn)合適的可用于一般水分解的光催化材料。

      來(lái)自牛津大學(xué)的George Volonakis 和 Giustino 使用超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算了四種鹵化物雙鈣鈦礦的量子能態(tài)，隨后他們發(fā)現(xiàn)Cs2BiAgBr6和Cs2BiAgCl6是潛在的光催化材料，因?yàn)榕c二氧化鈦相比，它們能更好地吸收可見光。此外，這些材料會(huì)產(chǎn)生電子和空穴（正電荷不存在電子），這些電子和空穴擁有足夠的能量可以將水分解為氧氣和氫氣。

      Giustino說(shuō)，只有一些材料同時(shí)擁有所有這些特征。 “我們不能說(shuō)這肯定會(huì)起作用，但這些化合物似乎具有所有正確的性質(zhì)。”

      只有一些材料同時(shí)擁有所有的這些特征。 Giustino說(shuō)：“我們不能說(shuō)這肯定會(huì)起作用，但這些化合物似乎具有所有我們需要的性質(zhì)。”

      這種類型的鈣鈦礦最初是由Giustino和他的團(tuán)隊(duì)在開發(fā)太陽(yáng)能電池材料時(shí)發(fā)現(xiàn)的。在過(guò)去的幾年中，鈣鈦礦被用作制備太陽(yáng)能電池，并通過(guò)串聯(lián)設(shè)計(jì)來(lái)提高硅基太陽(yáng)能電池效率，這引起了科學(xué)界很大的興趣。這些設(shè)計(jì)將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池直接集成到高效硅電池上，但這種電池也存在少量的鉛。因此如果它們被用在太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)收集能量，鉛可能會(huì)帶來(lái)潛在的環(huán)境危害。

      2016年，研究人員使用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)尋找替代材料，最終他們發(fā)現(xiàn)了一種新型無(wú)鉛鈣鈦礦材料，這種材料擁有著制備高效率太陽(yáng)能電池的潛在應(yīng)用前景。現(xiàn)在也有一些論文已經(jīng)證實(shí)了這些新型材料可能可以用來(lái)分解水。Volonakis說(shuō)：“這些新的雙鈣鈦礦不僅可以作為串聯(lián)太陽(yáng)能電池的補(bǔ)充材料，而且在光催化等領(lǐng)域也很有應(yīng)用前景。” 

      盡管如此，現(xiàn)在的分析都是假設(shè)，因?yàn)槔碚摷俣ǖ幕衔锸怯赏昝赖木w組成的。作者進(jìn)一步說(shuō)道，現(xiàn)在要由實(shí)驗(yàn)研究者來(lái)試驗(yàn)這種預(yù)測(cè)中的新材料是否在現(xiàn)實(shí)測(cè)試中同樣有效。同時(shí)，研究小組正在使用其計(jì)算方法來(lái)探索這些雙鈣鈦礦是否具有一些可用于其他領(lǐng)域（如光探測(cè)器）的特性。