Superkristall setzt neuen Maßstab für solaren Wasserstoff
Wasserstoffproduktion mit Sonnenlicht: Forscher aus München entwickeln dafür einen neuartigen Superkristall. Verfahren könnte auch anderswo zum Einsatz kommen.
Grüner Wasserstoff ist ein Schlüssel für die Energiewende. Um ihn zu gewinnen, wird Wasser mit Strom aus erneuerbaren Quellen per Elektrolyse gespalten. Es geht aber auch direkter, wie ein Forscherteam der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) zeigt. Nämlich durch: solare Wasserspaltung.
"Wo die energiereichen Teilchen des Sonnenlichts auf atomare Strukturen treffen, beginnt unsere Forschung", sagt Emiliano Cortés, Professor für Experimentalphysik an der LMU. "Wir arbeiten an Materiallösungen, um Solarenergie effizienter zu nutzen."
Cortés und sein Team haben eine Methode entwickelt, die dies ermöglichen könnte. Dazu wurden Gold- und Platin-Nanopartikel in eine einzigartige Kristallstruktur gebracht. Damit lässt sich Wasserstoff effizient und direkt aus Sonnenlicht gewinnen.
Weltrekord in der Wasserstoffproduktion mit Sonnenlicht
Die Forschungsergebnisse präsentierte Cortés gemeinsam mit Matías Herrán von der LMU und weiteren Kooperationspartnern in der Fachzeitschrift Nature Catalysis. Ein zweidimensionaler Superkristall erzeugt mithilfe von Sonnenlicht Wasserstoff aus Ameisensäure. "Das Material ist so herausragend, dass es den Weltrekord hält, was die Wasserstoffproduktion mithilfe von Sonnenlicht anbelangt", betont Cortés.
Die Goldatome sind in einer dünnen Schicht angeordnet. Herrán spricht in diesem Zusammenhang von 10 bis 200 Nanometer großen Partikeln. "In dieser Größenordnung wechselwirkt das sichtbare Licht sehr stark mit den Goldelektronen und regt sie zu resonanten Schwingungen an."
Nanopartikel: Katalysatoren für die Wasserstoffgewinnung
Dadurch fangen die Partikel mehr Sonnenlicht ein und wandeln es in sehr energiereiche Elektronen um. Dies führt zu starken lokalen elektrischen Feldern zwischen den Goldpartikeln, sogenannten Hotspots.
In diese Hotspots platzierten die Wissenschaftler Platin-Nanopartikel. Diese sind für ihre katalytische Wirkung bekannt: Sie fördern die Spaltung von Wasserstoff-Kohlenstoff-Bindungen.
Zukunft mit Photokatalysatoren: Wasserstoff und darüber hinaus
"In den Hotspots bringen wir es dazu, Ameisensäure zu Wasserstoff umzusetzen", erklärt Herrán. Mit einer Wasserstoffproduktionsrate – ausgehend von Ameisensäure – von 139 Millimol pro Stunde und Gramm Katalysator halte das photokatalytische Material derzeit den Weltrekord bei der H2-Produktion mit Sonnenlicht, so der Wissenschaftler.
Die Forscher sehen in dem von ihnen entwickelten Verfahren nicht nur eine Möglichkeit, Wasserstoff herzustellen. Durch die Anpassung der Metalle könnten auch andere chemische Reaktionen begünstigt werden, etwa die Umwandlung von Kohlendioxid in Methanol, Kohlenmonoxid oder Synthesegas.
"Durch die Kombination aus plasmonischen und katalytischen Metallen bringen wir die Entwicklung potenter Photokatalysatoren für die Industrie voran, zum Beispiel die Umwandlung von CO2 in nutzbare Substanzen", erklären Cortés und Herrán, die ihre Materialentwicklung bereits patentiert haben.
Empfohlener redaktioneller Inhalt
Mit Ihrer Zustimmmung wird hier eine externe Buchempfehlung (Amazon Affiliates) geladen.
Ich bin damit einverstanden, dass mir externe Inhalte angezeigt werden. Damit können personenbezogene Daten an Drittplattformen (Amazon Affiliates) übermittelt werden. Mehr dazu in unserer Datenschutzerklärung.