L'energia solare è pulita e abbondante. Ma quando il sole non splende, devi immagazzinare l'energia in batterie o attraverso un processo chiamato fotocatalisi, in cui l'energia solare viene utilizzata per produrre combustibili. Nella scissione fotocatalitica dell'acqua, la luce del sole separa l'acqua in idrogeno e ossigeno. L'idrogeno e l'ossigeno possono quindi essere ricombinati in una cella a combustibile per rilasciare energia.

Ora, una nuova classe di materiali, le doppie perovskiti ad alogenuri, potrebbe avere le proprietà giuste per dividere l'acqua, secondo un articolo appena pubblicato in Lettere di fisica applicata .

"Se riusciamo a trovare un materiale che può essere utile come fotocatalizzatore per la scissione dell'acqua, allora sarebbe una svolta enorme, " disse Feliciano Giustino, un coautore sulla carta.

I ricercatori hanno già sperimentato molti materiali fotocatalitici, come il biossido di titanio (TiO2). Mentre il TiO2 può sfruttare la luce solare per dividere l'acqua, è inefficiente perché non assorbe bene la luce visibile. Finora, nessun materiale fotocatalitico per la scissione generale dell'acqua è diventato disponibile in commercio.

Utilizzando i supercomputer per calcolare gli stati energetici quantistici di quattro doppie perovskiti ad alogenuri, George Volonakis e Giustino, entrambi dell'Università di Oxford, hanno scoperto che Cs2BiAgCl6 e Cs2BiAgBr6 sono materiali fotocatalitici promettenti perché assorbono la luce visibile molto meglio del TiO2. Generano anche elettroni e lacune (l'assenza di elettroni di carica positiva) che hanno energia sufficiente (o energie quasi ideali) per dividere l'acqua in idrogeno e ossigeno.

Pochissimi altri materiali hanno tutte queste caratteristiche contemporaneamente, disse Giustino. "Non possiamo dire che funzionerà di sicuro, ma questi composti sembrano avere tutte le proprietà giuste".

Giustino e il suo team hanno originariamente scoperto questo tipo di perovskite mentre cercavano materiali per realizzare celle solari. Negli ultimi anni, le perovskiti hanno suscitato interesse come materiali per aumentare l'efficienza delle celle solari a base di silicio attraverso progetti in tandem che integrano una cella di perovskite direttamente su una cella di silicio ad alta efficienza, ma contengono una piccola quantità di piombo. Se fossero usati per la raccolta di energia in una fattoria solare, il piombo potrebbe rappresentare un potenziale rischio ambientale.

Nel 2016, utilizzando simulazioni al computer per identificare materiali alternativi, i ricercatori hanno scoperto un nuovo tipo di perovskite senza piombo con potenziale per celle solari ad alta efficienza. Il presente documento mostra che questi nuovi materiali possono anche scindere l'acqua. "Queste nuove doppie perovskiti non sono solo promettenti come materiale complementare per celle solari tandem, ma possono anche essere promettenti in aree come la fotocatalisi, " ha detto Volonakis.

Ancora, la nuova analisi è teorica, assumendo che i composti formino cristalli perfetti. Il prossimo passo, gli autori hanno detto, è per gli sperimentali vedere se il materiale funziona nel mondo reale come previsto. Intanto, i ricercatori stanno usando le loro tecniche computazionali per esplorare se queste doppie perovskiti hanno proprietà utili per altre applicazioni come i rilevatori di luce.