Перовскиты, вещества, отлично поглощающие свет, — будущее солнечной энергетики. Возможность их быстрого распространения только увеличилась благодаря дешевому и экологически безопасному методу производства этих материалов, разработанному химиками из Варшавы, Польша. Теперь перовскиты можно синтезировать не в растворах при высокой температуре, а твердотельными механохимическими процессами: измельчением порошков.
Мы реже ассоциируем измельчение химикатов с прогрессом, чем со старомодными аптеками и присущими им атрибутами: пестиком и ступкой.
Пришло время изменить это! Результаты последних исследований показывают, что за счет использования механической силы в твердом состоянии происходят эффективные химические превращения.
Механохимические реакции изучаются в течение многих лет коллективами проф. Януш Леви?лыжи Института физической химии Польской академии наук (IPC PAS) и химического факультета Варшавского технологического университета. В своей последней публикации варшавские исследователи описывают удивительно простой и эффективный метод получения перовскитов — футуристических фотоэлектрических материалов с пространственно сложной кристаллической структурой.
«С помощью механохимии мы можем синтезировать множество гибридных неорганических и органических функциональных материалов, имеющих потенциально большое значение для энергетического сектора. Наше младшее детище — перовскиты высокого качества. Эти соединения можно использовать для производства тонких светочувствительных слоев для высокоэффективных солнечных элементов », — говорит профессор.
Леви?кататься на лыжах.
Перовскиты — это большая группа материалов, характеризующихся определенной пространственной кристаллической структурой. В природе перовскит, встречающийся в природе как минерал, представляет собой оксид кальция и титана (IV) CaTiO3. Здесь атомы кальция расположены по углам куба, в середине каждой стенки находится атом кислорода, а в центре куба — атом титана.
В других типах перовскита такая же кристаллическая структура может быть построена из различных органических и неорганических соединений, что означает, что титан может быть заменен, например, свинцом, оловом или германием. В результате свойства перовскита могут быть отрегулированы таким образом, чтобы наилучшим образом соответствовать конкретному применению, например, в фотогальванике или катализе, а также в конструкции сверхпроводящих электромагнитов, высоковольтных трансформаторов, магнитных холодильников, датчиков магнитного поля или Память RAM.
На первый взгляд, метод производства перовскитов с применением механической силы, разработанный в МПК ПАС, немного похож на волшебство.
«В шаровую мельницу засыпают два порошка: белый — йодида метиламмония CH3NH3I и желтый — йодида свинца PbI2.
После нескольких минут фрезерования от подложек не остается следов. Внутри мельницы находится только однородный черный порошок: перовскит CH3NH3PbI3 », — объясняет докторант Анна Мария Си?лак (IPC PAS).
«Час за часом ожидания продукта реакции?
Растворители? Высокие температуры? В нашем методе все это оказывается ненужным! «Мы производим химические соединения в результате реакций, протекающих только в твердых телах при комнатной температуре», — подчеркивает Др. Даниэль Прохович (IPC PAS).
Перовскиты механохимического производства были отправлены коллективу проф. Михаэль Гретцель из Политехнической школы Лозанны в Швейцарии, где они были использованы для создания нового лабораторного солнечного элемента. Эффективность ячейки, содержащей перовскит с механохимической родословной, оказалась более чем на 10% выше производительности ячейки той же конструкции, но содержащей аналогичный перовскит, полученный традиционным методом с использованием растворителей.
«Механохимический метод синтеза перовскитов — наиболее экологически чистый метод получения материалов этого класса.
Простой, эффективный и быстрый, он идеально подходит для промышленного применения. С полной ответственностью мы можем констатировать: перовскиты — это материалы будущего, а механохимия — это будущее перовскитов », — заключает проф. Леви?кататься на лыжах.
Описанное исследование будет проводиться в рамках совместного проекта GOTSolar, финансируемого Европейской комиссией в рамках акции Horizon 2020 Future and Emerging Technologies.
Перовскиты — не единственная группа трехмерных материалов, полученных механохимическим способом профессором. Леви?лыжная команда. В недавней публикации варшавские исследователи показали, что, используя технику измельчения, они также могут синтезировать неорганические-органические микропористые материалы MOF (металл-органический каркас).
Свободное пространство внутри этих материалов — идеальное место для хранения различных химикатов, в том числе водорода.
Исследования механохимических методов синтеза трехмерных структур финансируются грантами TEAM и MISTRZ Фонда польской науки.