Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zur künstlichen Photosynthese

21.01.2015

HZB-Forscher beschreiben effizienten Mangan-Katalysator für die Umwandlung von Licht in chemische Energie

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie (HZB) haben die Elektronenzustände eines Mangan-Katalysators exakt beschrieben, der Licht in chemische Energie umwandeln kann. Die Forscher haben damit einen wichtigen Schritt gemacht, um Photosynthese – die Energiegewinnungsmethode grüner Pflanzen – in künstlichen Systemen besser zu verstehen.


Künstliche Katalysatoren ahmen das Prinzip der Photosynthese nach.

Grafik: HZB

Die Arbeiten fanden statt im Rahmen einer Kooperation des HZB mit der School of Chemistry und dem ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science an der Monash University in Australien. Die Teams um Professor Emad Aziz, Leiter des HZB-Instituts „Methoden der Materialentwicklung“ und Professor Leone Spiccia von der Monash University haben Ergebnisse ihrer Forschung heute im Journal „ChemSUSChem“ (DOI: 10.1002/cssc.201403219) und vor kurzem im „Journal of Materials Chemistry A“ der renommierten Royal Society of Chemistry veröffentlicht (DOI: 10.1039/c4ta04185b).

Könnte man das Licht der Sonne ohne großen Aufwand direkt in chemische Energie umwandeln – sämtliche Energiesorgen der Menschheit wären Vergangenheit. Grüne Pflanzen haben dafür einen Mechanismus entwickelt, die Photosynthese: Sie nutzen Sonnenlicht, um aus Wasser und Kohlendioxid energiereiche Substanzen wie Zucker aufzubauen.

Doch die Moleküle des so genannten „Oxygen Evolution Centre“, wo diese Vorgänge in den Pflanzenzellen stattfinden, sind hochkomplex und sehr empfindlich. Wissenschaftler sind deshalb bestrebt, die katalytischen Vorgänge im Labor in künstlichen Systemen ablaufen zu lassen und diese für den kommerziellen Einsatz zu optimieren.

An seinem Institut erforscht Emad Aziz chemische Katalysatoren zur Wasserspaltung, die zu ähnlicher Leistungsfähigkeit gebracht werden sollen wie die Photosynthese-Enzyme. Vor einiger Zeit haben die Wissenschaftler bereits herausgefunden, welche Beschaffenheit solche Energiewandler haben müssen.

Am besten geeignet sind Mangan-Komplexe, die in eine Nafion-Matrix – einem Teflon-ähnlichen Polymer – eingebettet sind. Die Proben dafür hat Leone Spiccias Team entwickelt und zur Verfügung gestellt: „Beim Kontakt mit Nafion bilden die Mangan-Komplexe Nanopartikel aus Manganoxiden“, sagt Spiccia: „Diese Oxide katalysieren bei Lichteinfall die Oxidation von Wasser, also die Reaktion, bei der Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten wird. Der Wasserstoff kann als Energieträger gespeichert werden.“

„Wir wollten nun herausfinden, welcher der zahlreichen möglichen Mangan-Komplexe in Nafion die besten Manganoxide bildet“, beschreibt die bei den Versuchen federführende Wissenschaftlerin Munirah Khan von der Freien Universität Berlin ihre Aufgabe. Gefördert vom DAAD und von der pakistanischen „Higher Education Commission“ hat Frau Khan die Bildung der Manganoxide und ihre katalytische Wirkung mit Röntgenlicht der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II des HZB genau untersucht. Zum Einsatz kam eine als RIXS bezeichnete Methode, mit der sich die an den Katalyseprozessen beteiligten Manganoxide sehr genau untersuchen lassen.

Von den verschiedenen Mangan-Komplexen erwies sich ein von den Wissenschaftlern als Mn(III) bezeichneter Komplex als Bildner der effizientesten Manganoxide. „Wir entwickeln jetzt unsere Methoden so weiter, dass wir katalytische Prozesse mit solchen neuen Materialien in Bezug auf ihr energetisches und zeitliches Verhalten untersuchen können“, sagt Emad Aziz: „Unser Ziel ist es, synthetisch arbeitenden Chemikern ein genaues Bild dieser Vorgänge zu geben, um so ihre Forschung zur Funktion der Materialien zu unterstützen. So muss man zum Beispiel herausfinden, ob und unter welchen Bedingungen die Materialien für technische Anwendungen genutzt werden können, so dass Licht in chemische Energie umgewandelt wird. Wenn dies gelingt, wären wir auf dem Weg zu einer kontinuierlichen, umweltfreundlichen und kostengünstigen Speicherung von Sonnenenergie ein wesentliches Stück weiter gekommen.“

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Emad Aziz
Institute “Methods for Material Development”
Tel: +49 (0)30 8062-15003
emad.aziz@helmholtz-berlin.de

Pressestelle
Hannes Schlender
Tel.: +49 (0)30 8062-42414
Fax: +49 (0)30 8062-42998
hannes.schlender@helmholtz-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14129&sprache=de&ty...
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/TA/C4TA04185B#!divAbstract

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie