太陽能可說是自然界最豐富與唾手可得的能量來源，其中光催化劑制氫技術(shù)是太陽能應(yīng)用之一，透過催化劑讓太陽分解水、制造氫與氧，最后再將氫用于燃料電池，為備受看好的綠色制氫選項(xiàng)，但實(shí)現(xiàn)該技術(shù)可不是容易的事情，由于光催化劑材料難找，該技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。

不過最近英國牛津大學(xué)在光催化劑研究有所突破，有望找出新一代綠能制氫材料。根據(jù)《Applied Physics Letters》論文，牛津大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鹵化物雙鈣鈦礦(halide double perovskites)除了可用于太陽能電池技術(shù)，也可能是個良好水分解材料。

牛津大學(xué)材料系教授 Feliciano Giustino 表示，如果能提出有效的光催化劑材料，這將是團(tuán)隊(duì)一項(xiàng)重大突破。

各國研究團(tuán)隊(duì)至今已測試多種光催化劑材料，像是磷化鎵、砷化鎵或是二氧化鈦，但成效皆不如預(yù)期。目前科學(xué)家能透過二氧化鈦來讓陽光分解水，可惜該材料無法有效吸收可見光，光轉(zhuǎn)換效率無法進(jìn)一步提高，因此還沒有任何一種光催化劑材料達(dá)到商業(yè)應(yīng)用。

為找出潛力材料，牛津大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用超級電腦計(jì)算 4 種鹵化物雙鈣鈦礦的量子能態(tài)，發(fā)現(xiàn)雙鈣鈦礦 Cs2BiAgCl6 與 Cs2BiAgBr6 為光催化劑生力軍，兩種材料的可見光吸收能力都比二氧化鈦還要好，也可以產(chǎn)生電子與電洞，擁有足夠能量進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)成水分解制氫與氧。

Giustino 表示，很少有材料同時具備這些功能。雖然團(tuán)隊(duì)無法打包票說這個一定是多有效的材料，但這些化合物似乎擁有光催化劑全部特性。

意外發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦其他應(yīng)用

找到這個光催化劑材料可說是個意外，Giustino 團(tuán)隊(duì)原本是在尋找太陽能電池材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這類型鈣鈦礦也可用在光催化劑。

近年來科學(xué)家察覺鈣鈦礦在太陽光電的應(yīng)用潛力，其轉(zhuǎn)換效率也在 9 年間提升 6 倍，目前也有不少研究團(tuán)隊(duì)透過串疊設(shè)計(jì)將矽與鈣鈦礦結(jié)合，大大提高光電轉(zhuǎn)換效率。不過鈣鈦礦電池含有鉛元素，如果大規(guī)模用于太陽能發(fā)電廠，含鉛太陽能電池可能會危害環(huán)境，因此科學(xué)家于 2016 年開始運(yùn)用電腦模擬尋找替代材料，進(jìn)而研發(fā)出新型無鉛鈣鈦礦。

牛津團(tuán)隊(duì)研究指出，這些材料除了具有良好光電轉(zhuǎn)換潛力，也可以用在光催化劑。牛津大學(xué)材料系博士后研究員 George Volonakis 表示，新型雙鈣鈦礦不僅可用于串疊型太陽能電池，在光催化領(lǐng)域也具有非常大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

不過當(dāng)前分析只有理論基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)下一步是研究這些材料是否能如預(yù)測一般，在現(xiàn)實(shí)中也可以發(fā)揮效用，研究員也會同時利用電腦運(yùn)算技術(shù)來測試雙鈣鈦礦材料是否能用于光感測器等應(yīng)用。