Ультра-швидка стабілізація позитивних зарядів, виявлена в каталізаторі сонячного пального

Створення нових каталізаторів для сонячного пального: Таємниці NaTaO3

У світі швидкого розвитку технологій, дослідження альтернативних джерел енергії є однією з ключових задач сьогодення. Останні дослідження зосереджені на використанні передових квантово-хімічних молекулярних динамічних моделей для пояснення процесів в еталонному фотокаталізаторі NaTaO3, який може значно змінити спосіб виробництва сонячного палива. Вчені виявили, що формування поляронів, які стабілізують позитивні заряди в цій системі, відбувається з неймовірною швидкістю, відкриваючи нові горизонти для створення каталізаторів нового покоління.

Нова стабільність для поляронів дірок

Позитивні заряди, або полярони дірок, незважаючи на свою швидку стабілізацію, мають великий потенціал. Дослідження показали, що в NaTaO3 полярони дірок стабілізуються близько 70 меВ всього за 50 фемтосекунд, що робить їх надзвичайно ефективними для каталізаторів. Це відбулось завдяки подовженню зв’язків оксиген-тантал, що є значною зміною порівняно з електронними поляронами, які залишалися делокалізованими. Ці знахідки пояснюють, чому дірки є важливими гравцями в каталізаторних реакціях у NaTaO3.

Погляд на атомарний рівень

Дослідники вирішили подолати експериментальні обмеження, використовуючи передову молекулярну динаміку Born-Oppenheimer. Це дозволило досягти атомарного рівня візуалізації динаміки носіїв у NaTaO3 з нано-масштабною моделлю, що має 256 формульних одиниць. Унікальність цього підходу дозволила деталізувати динаміку з роздільною здатністю 1 фемтосекунда, показуючи двоступеневий шлях стабілізації.

Майбутнє сонячного водню

Знахідки досліджень не лише підтвердили попередні експерименти, але й відкрили шлях для більш раціонального проектування каталізаторів. Концентруючись на хімії B-сайту в перовськітах, нові матеріали можуть бути розроблені для уточнення взаємодій O-Ta, покращення стабільності дірок, що врешті-решт підвищить ефективність виробництва сонячного водню.

Це дослідження є важливим кроком на шляху до створення сонця як невичерпного джерела енергії. Завдяки високоякісним науковим даним, ми наближаємось до створення ефективних каталізаторів, які забезпечать стабільне та стійке майбутнє для всіх нас.