L'énergie solaire est propre et abondante. Mais quand le soleil ne brille pas, vous devez stocker l'énergie dans des batteries ou par un processus appelé photocatalyse, dans lequel l'énergie solaire est utilisée pour fabriquer des carburants. Dans le fractionnement photocatalytique de l'eau, la lumière du soleil sépare l'eau en hydrogène et oxygène. L'hydrogène et l'oxygène peuvent ensuite être recombinés dans une pile à combustible pour libérer de l'énergie.

Maintenant, une nouvelle classe de matériaux - les pérovskites doubles aux halogénures - peut avoir les bonnes propriétés pour diviser l'eau, selon un article récemment publié dans Lettres de physique appliquée .

« Si nous pouvons trouver un matériau qui peut être utile comme photocatalyseur de division de l'eau, alors ce serait une énorme percée, " dit Feliciano Giustino, un co-auteur sur le papier.

Les chercheurs ont déjà expérimenté de nombreux matériaux photocatalytiques, comme le dioxyde de titane (TiO2). Alors que le TiO2 peut exploiter la lumière du soleil pour diviser l'eau, il est inefficace car il n'absorbe pas bien la lumière visible. Jusque là, aucun matériau photocatalytique pour le fractionnement général de l'eau n'est devenu disponible dans le commerce.

En utilisant des superordinateurs pour calculer les états d'énergie quantique de quatre pérovskites doubles aux halogénures, George Volonakis et Giustino, tous deux de l'Université d'Oxford, ont découvert que le Cs2BiAgCl6 et le Cs2BiAgBr6 sont des matériaux photocatalytiques prometteurs car ils absorbent la lumière visible bien mieux que le TiO2. Ils génèrent également des électrons et des trous (l'absence d'électrons chargés positivement) qui ont une énergie suffisante (ou des énergies presque idéales) pour diviser l'eau en hydrogène et oxygène.

Très peu d'autres matériaux ont toutes ces caractéristiques à la fois, dit Giustino. "Nous ne pouvons pas dire que cela fonctionnera à coup sûr, mais ces composés semblent avoir toutes les bonnes propriétés."

Giustino et son équipe ont découvert à l'origine ce type de pérovskite en cherchant des matériaux pour fabriquer des cellules solaires. Au cours des dernières années, les pérovskites ont suscité un intérêt en tant que matériaux pour augmenter l'efficacité des cellules solaires à base de silicium grâce à des conceptions en tandem qui intègrent une cellule de pérovskite directement sur une cellule de silicium à haut rendement, mais ils contiennent une petite quantité de plomb. S'ils étaient utilisés pour la récupération d'énergie dans une ferme solaire, le plomb pourrait présenter un danger potentiel pour l'environnement.

En 2016, utiliser des simulations informatiques pour identifier des matériaux alternatifs, les chercheurs ont découvert un nouveau type de pérovskite sans plomb avec un potentiel de cellules solaires à haute efficacité. Le présent article montre que ces nouveaux matériaux peuvent également diviser l'eau. « Ces nouvelles pérovskites doubles ne sont pas seulement prometteuses en tant que matériau complémentaire pour les cellules solaires en tandem, mais ils peuvent aussi être prometteurs dans des domaines comme la photocatalyse, " dit Volonakis.

Toujours, la nouvelle analyse est théorique, en supposant que les composés forment des cristaux parfaits. L'étape suivante, les auteurs ont dit, est pour les expérimentateurs de voir si le matériau fonctionne dans le monde réel aussi bien que prévu. En attendant, les chercheurs utilisent leurs techniques de calcul pour déterminer si ces doubles pérovskites ont des propriétés utiles pour d'autres applications comme les détecteurs de lumière.