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 Salmonellen als Medikament gegen Tumore
23.10.2017 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

nachricht Add-ons: Was Computerprogramme und Proteine gemeinsam haben
23.10.2017 | Universität Regensburg

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: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie