Organische Halbleiter-Photokatalysatoren

Wasserspaltung in H2 und O2

Die Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser durch solare Wasserspaltung ist eine mögliche Methode, um die Unbeständigkeit der Sonnenenergie zu überwinden, indem man sie als chemischen Brennstoff speichert. Anorganische Halbleiter wurden ausgiebig als Photokatalysatoren für die Wasserspaltung insgesamt untersucht, aber auch polymere Photokatalysatoren finden zunehmend Beachtung. In den meisten Studien über organische Polymere wurde bisher über die Wasserstofferzeugung mit Opferelektronendonatoren berichtet, was für die Wasserstofferzeugung in großem Maßstab ungeeignet ist. Forscher aus Liverpool, London und Tokio berichten in Angewandte Chemie International Edition open access über ihre weitergehenden Untersuchungen zum Thema. weiterlesen…

Mangan als Elektrokatalysator für die Wasserspaltung?

Abschlussbericht des Verbundprojekts MANGAN

Kürzlich wurde das 2015 initiierte und vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr (MPI CEC) koordinierte Verbundprojekt MANGAN (siehe: solarify.eu/mangan-wissenschafts-cluster) zum Abschluss gebracht – so eine Medienmitteilung vom 23.06.2020. In diesem großangelegten und vom BMBF geförderten Projekt stellte sich ein breit aufgestelltes Konsortium aus 25 Arbeitsgruppen aus insgesamt 15 Instituten und Universitäten der Frage, ob sich Verbindungen des Elements Mangan als Elektrokatalysatoren für die Wasserspaltung zur industriellen Wasserstoffgewinnung eignen. Inspiriert wurde das Vorhaben unter anderem durch die Photosynthese, in der ein Mangan-Komplex, eingebettet in eine Proteinmatrix, die natürliche Wasserspaltung im Blatt katalysiert. weiterlesen…

Erstmals Wasserspaltung im Nanobereich beobachtet

Neue Untersuchungsmethode ermöglicht grundlegende Einblicke in die elektrokatalytische Wasserspaltung unter Realbedingungen

Ob als Treibstoff oder Energiespeicher: Wasserstoff wird als Energieträger der Zukunft gehandelt. Wie genau der chemische Prozess der Zersetzung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff auf molekularer Ebene an einer Katalysator-Oberfläche abläuft, war bisher durch aktuelle Verfahren nur unzureichend beobachtbar. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz (MPI-P) haben nun eine neue Methode entwickelt, um solche Prozesse im Nanometerbereich live zu untersuchen. Mithilfe dieser – inzwischen in nature communications veröffentlichten – detaillierten Einblicke in die Spaltung von Wasser an Gold-Oberflächen könnte das Design von energieeffizienten Katalysatoren in Zukunft deutlich erleichtert werden. weiterlesen…

Meilenstein auf Weg zu solarer Wasserspaltung

Aber noch nicht wettbewerbsfähig

III-V-Mehrfachsolarzellen können extreme Wirkungsgrade erreichen – mehr als herkömmliche Siliziumzellen. Allerdings sind die Kosten der III-V-Halbleiter noch zu hoch für den Einsatz in Flachmodulen. Wissenschaftler haben einer Medienmitteilung der Technischen Universität Ilmenau vom 30.10.2019 zufolge in dem vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE geführten Verbundprojekt MehrSi jetzt einen weltweit noch nicht erreichten Wirkungsgrad spezieller Solarzellen erzielt: 24,3 Prozent des von monolithischen, auf Silizium gewachsenen III-V-Dreifachzellen aufgenommenen Sonnenlichts wurden in elektrische oder chemische Energie umgewandelt – ein Meilenstein auf dem Weg zur direkten solaren Wasserspaltung zur Gewinnung von Wasserstoff. Partner des Fraunhofer ISE im soeben erfolgreich abgeschlossenen „MehrSi“-Projekt waren neben der TU Ilmenau die Philipps-Universität Marburg und der Anlagenhersteller Aixtron SE. weiterlesen…

„Enzym beginnt sich zu dehnen wie eine Ziehharmonika“

Neues über Wasserspaltung in natürlicher Photosynthese

Ein internationales Forschungsteam, darunter das Mülheimer Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) und die Australian National University (ANU), hat am 07.08.2019 Ergebnisse zum Ablauf der Wasserspaltung in der natürlichen Photosynthese publiziert, ein Prozess von fundamentaler Bedeutung für das Leben auf der Erde. Die erzielten Ergebnisse sind auch wichtig für die Entwicklung von CO2-freien solaren Brennstoffen. weiterlesen…

Wismutvanadat verbessert solare Wasserspaltung

Nanoporöse BiVO4-Photoanoden mit zweilagigen Sauerstoff-Entwicklungskatalysatoren

In der Theorie sollte Wismutvanadat aufgrund seines Lichtabsorptionsspektrums eine effektive Photoanode für die solare Wasserspaltung sein. In früheren Studien hatten jedoch nur wenige der bei der Photoanregung erzeugten „Löcher“ lange genug Bestand, um Elektronen aus dem Wasser zu entfernen. Tae Woo Kim und Choi Kyoung-Shin von der Universität Wisconsin–Madison (Science, Band 343, Ausgabe 617 990, veröffentlicht am 13.02.2019) zeigten nun, dass die Verwendung einer hydrophoben Vanadiumquelle in der Halbleitersynthese zu einer oberflächennahen Morphologie mit wesentlich längeren Lochlebensdauern führt. Die Abscheidung von zwei aufeinanderfolgenden Katalysatorschichten erhöhte den Anteil der Löcher, die an der Oberfläche mit Wasser reagierten, und erhöhte damit die Effizienz der Sauerstoffevolutionsreaktion. weiterlesen…

19 Prozent Effizienz bei direkter solarer Wasserspaltung

Neuer Weltrekord

Einem internationalen Forscher-Team ist es gelungen, den Wirkungsgrad für die direkte solare Wasserspaltung zur Wasserstoffgewinnung auf 19 Prozent zu steigern. Sie kombinierten dafür eine Tandem-Solarzelle aus III-V-Halbleitern mit Rhodium-Nanopartikeln und kristallinem Titandioxid. An der am 25.06.2018 in den ACS Energy Letters publizierten Forschungsarbeit waren Teams des California Institute of Technology, der University of Cambridge, der TU Ilmenau und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE beteiligt. Ein Teil der Experimente fand am Institut für Solare Brennstoffe am Helmholtz-Zentrum Berlin statt. weiterlesen…

Nanoröhrenarray-Elektrode für Wasserspaltung

Systematischer Aufbau aus Übergangsmetallsulfiden

Die gewachsene Nachfrage nach regenerativen Energieträgern hat die Entwicklung leicht verfügbarer, effizienter Umwandlungsmethoden stark vorangetrieben. Besonders untersucht wurden elektrochemische Wasserspaltung ermöglichende Elektrokatalysatoren, die Energie leicht zugänglich und umweltfreundlich in chemischen Brennstoffen (Designer Fuels) speichern lassen. Forscher aus China und den USA berichten in der Zeitschrift Nature Communications über eine bifunktionelle Nanoröhrenarray-Elektrode zur Wasserspaltung in alkalischen Elektrolyten. weiterlesen…