Resumé
Jordens befolkning er i dag fuldstændig afhængig af fossile brændstoffer for
at producere den nødvendige energi. Denne afhængighed er meget ufordelagtig,
idet lageret af tilgængelige fossile brændstoffer er stærkt begrænset samtidigt
med, at afbrændingen af fossile brændstoffer producerer klimaskadelige
drivhusgasser. Det er derfor nødvendigt, at finde miljøsikre vedvarende energikilder.
Den største tilgængelige vedvarende energikilde er solen, hvis energiudladning
er stor nok til at dække hele vores planets energiforbrug. Dog
mangler vi stadigvæk en måde hvorpå solenergien kan høstes effektivt.
En lovende metode til at opfange solenergi er foton-assisteret vandspaltning.
Denne metode indbefatter et halvleder-materiale, der absorberer en foton
hvilket genererer et elektron-hul par, som kan bruges til at producere brint
via vandspaltning. Det er dog umuligt for et enkelt materiale, at stå for hele
den foton-assisterede vandspaltnings proces. For at muliggøre processen er
det nødvendigt både at have et foton-absorberende materiale, der absorberer
sollyset og genererer elektron-hul parret, et anodemateriale, der faciliterer iltudvindingsdelen
af vandspaltning ved hjælp af det genererede hul, samt et
katodemateriale, som anvender den genererede elektron til at udvikle brint.
I denne afhandling anvendes første princip beregninger til at finde fotonabsorberende
materialer, hvor materialernes båndgab, placering af båndkanten
samt materialernes stabilitet i vand bruges som deskriptorer. Ved brug
af denne strategi identificeres en håndfuld foton-absorberende materialer, som
værende velegnede til brug i foton-assisteret vandspaltning. Derudover undersøges
flere muligheder for at optimere et materiales båndgab til brug i forskellige
sammenhænge. En række todimensionale metaldichalkogener og metaloxider
undersøges til brug som katodematerialer, og flere potentielt brugbare
kandidater præsenteres.
Det er nødvendigt at bruge metoder, der giver akkurate første princip energier,
for korrekt at beskrive termodynamikken i alle de ovenfor nævnte processer.
Derfor undersøges præcisionen af funktionalet med Meta-Generaliseret Gradient
Approksimation baseret Bayesiansk fejl-estimation.