Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Photokatalysator zur Wasserstofferzeugung arbeitet bei Bestrahlung mit Licht im sichtbaren Bereich

23.05.2005


Energie nutzbar zu machen ist ein zentrales Problem unserer Zivilisation. Könnten wir nicht einfach wie die Grünpflanzen per Photosynthese Licht in chemische Energie umwandeln? Im Prinzip ja: So lässt sich Wasserstoff photokatalytisch aus Wasser freisetzen, der Wasserstoff betreibt dann stromerzeugende Brennstoffzellen - eine saubere Energiegewinnung, die ohne fossile Brennstoffe auskommt. An sich sind photokatalytische Zellen sehr einfach aufgebaut. Den Katalysator in Wasser geben, mit Sonnenlicht bestrahlen und den Wasserstoff auffangen - fertig. Worauf warten wir also noch? So einfach ist es eben doch nicht. "Alles steht und fällt mit dem Katalysator," erklärt Akihiko Kudo von der Tokyo University of Science. "Damit das System wirtschaftlich arbeitet, muss der Katalysator das Sonnenlicht effektiv nutzen." Es gibt zwar schon eine ganze Reihe Photokatalysatoren, die Wasser unter UV-Bestrahlung spalten. Aber dabei wird ein großer Teil des Sonnenlichts nicht genutzt, denn fast alle dieser Katalysatoren können den sichtbaren Lichtanteil nicht verwerten. Kudos Team hat nun einen neuen Katalysator entwickelt, der unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht arbeitet.



Warum ist es so schwierig, den "perfekten" Photokatalysator zu entwickeln? Lichtteilchen sind kleine Energiepakete. Fallen sie auf ein lichtempfindliches Halbleitermaterial, geben sie ihre Energie an dessen Elektronen ab. Ein so angeregtes Elektron kann sich vom Atomverband lösen, wenn seine Energie ausreicht. Das Elektron geht dann von einem Valenzband genannten Energieniveau in das Leitungsband über. Im Valenzband hinterlässt es ein "Loch". Löcher können formal wie positiv geladene Teilchen behandelt werden. Zwischen Valenz- und Leitungsband liegt eine verbotene Zone, die "Bandlücke". Diese Energiedifferenz muss zur Wellenlänge des Lichts passen, damit es effektiv absorbiert werden kann. Mit der richtigen Mischung dotierter Halbleiter gelang es den Wissenschaftlern, ein Material mit passender Bandlücke auszutüfteln: Ihr Katalysator ist eine feste Lösung aus Zinksulfid, Kupfer-Indium-Sulfid und Silber-Indium-Sulfid (ZnS-CuInS2-AgInS2). Beladen mit dem Metall Ruthenium entsteht ein hochaktiver Photokatalysator mit einer deutlich breiteren Wellenlängenabsorption.



Damit die durch das Licht erzeugten Elektronen und Löcher für chemische Reaktionen, wie der Entstehung von Wasserstoff, zur Verfügung stehen, müssen sie auf gelöste Substanzen übertragen werden. Dies läuft an speziellen reaktiven Stellen auf der Oberfläche des Photokatalysators ab und funktioniert im konkreten Fall, wenn Sulfide (S2-) und Sulfite (SO32-) als so genannte Opferreagenzien in der Lösung sind, die die Löcher irreversibel aufnehmen. Positiv geladene Wasserstoffionen nehmen die Elektronen auf und bilden Wasserstoffgas.

"Wenn die praktische Anwendung gelingt", so Kudo, "ließe sich Wasserstoff mit Hilfe unerwünschter Nebenprodukte von Chemieanlagen und Kraftwerken gewinnen: Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid sind die Ausgangstoffe für Sulfide und Sulfite."

Kontakt:
Prof. Dr. A. Kudo
Departmen of Applied Chemistry
Faculty of Science
Tokyo University of Science
1-3 Kagurazaka
Shinjuku-ku
Tokyo 162-8601
Japan
Tel.: (+81) 33235-8267
Fax: (+81) 33235-2214
E-mail: a-kudo@rs.kagu.tus.ac.jp

Angewandte Chemie Presseinformation Nr. 19/2005
Angew. Chem. 2005, 117

ANGEWANDTE CHEMIE
Postfach 101161
D-69451 Weinheim
Tel.: 06201/606 321
Fax: 06201/606 331
E-Mail: angewandte@wiley-vch.de

| idw
Weitere Informationen:
http://www.gdch.de
http://www.angewandte.de

Weitere Berichte zu: Bestrahlung Elektron Katalysator Photokatalysator Sonnenlicht Wasserstoff

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

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: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie