Российские и белорусские химики обнаружили 67 новых соединений галогенов (хлора, брома, фтора и иода), которые потенциально могут существовать в двумерном виде. Это открывает широкие перспективы их применения в прикладных задачах, например, при создании приборов для преобразования солнечной энергии.
Ученые выяснили, что некоторые из этих веществ способны извлекать из воды водород под действием солнечного света. Водород — перспективное топливо для «зеленой» энергетики, и обнаруженные соединения позволят удешевить его получение в три раза.
Галогениды — соединения галогенов, к которым относятся фтор, хлор, бром и иод — с другими атомами, например металлами.
Ученые из Уфимского университета науки и технологий и Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (Минск) создали базу соединений двумерных галогенидов. Для этого авторы использовали квантово-механическое моделирование, которое позволило охарактеризовать взаимодействия между атомами в каждом веществе и определить физические свойства соединений. Полученную базу исследователи разместили в открытом доступе, поэтому воспользоваться ею может любой желающий. Кроме того, ученые предполагают, что в будущем с этой базой будет работать искусственный интеллект, который сможет по требуемым человеку физическим свойствам проектировать соответствующую структуру материала.
Исследователи использовали созданную ими базу галогенидов, чтобы продемонстрировать потенциальную применимость обнаруженных материалов. Они пришли к выводам, что некоторые соединения способны под действием света расщеплять воду на водород и кислород, то есть пригодны для применения в качестве материалов для солнечной и водородной энергетики. Соединения цинка, хлора и иода, а также цинка, брома и иода показали эффективность превращения солнечной энергии в энергию связей молекулы водорода, равную 22%. Это значит, что теоретически материалы на основе таких веществ способны из 100 Ватт солнечной энергии получать 22 Ватта водородной энергии.
Самая высокая эффективность преобразования солнечной энергии в водородную сейчас составляет порядка 30%, однако на практике используются материалы с эффективностью порядка 10%, так как их производство достаточно отработано. Именно такой показатель делает производство водорода экономически выгодным. Таким образом, если создать элементы солнечных батарей из соединений цинка, хлора и иода или цинка, брома и иода, они позволят удешевить производство водорода примерно в три раза по сравнению с используемыми сейчас технологиями.
«В дальнейшем мы планируем оценить возможность использования этих галогенидов в других прикладных областях. Например, из них возможно создать эффективные рабочие слои для тандемных солнечных элементов. За счет высокой светочувствительности соединений такие слои будут предотвращать утечку заряда, то есть повысят эффективность преобразования солнечной энергии в электроэнергию», — рассказал руководитель проекта Андрей Кистанов, старший научный сотрудник Уфимского университета науки и технологий.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, а также Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований (БРФФИ), опубликованы в журнале 2D Materials.
Новости СМИ2