Wasserstoff aus Sonnenlicht – aber im Dunkeln

Tagsüber Energie speichern, um eine Dunkelreaktion zur Wasserstoffproduktion betreiben zu können (c) Wiley-VCH

Die Speicherung von Sonnenenergie und ihre bedarfsgerechte Freisetzung sind nach wie vor große Herausforderungen für die künstliche Photosynthese. Preiswertes graphitisches Kohlenstoffnitrid gilt derzeit als eines der vielversprechendsten neuen photokatalytischen Materialien.

Wissenschaftler haben jetzt eine modifizierte Form entwickelt, welche durch Licht erzeugte Elektronen speichern kann, bis sie in einer „Dunkelreaktion“ für die Produktion von Wasserstoff verbraucht werden. Über diesen biomimetischen Photosyntheseansatz berichten sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Die Natur teilt die Photosynthese auf in eine Licht-Reaktion, die Elektronen und „Löcher“ durch Sonnenenergie erzeugt, und eine Dunkel-Reaktion, welche die Energiestoffe der Zelle generiert. Diese Stoffe transportieren und speichern die Energie.

Indem dieser zweite, zeitverzögerte Prozess unabhängig vom Sonnenlicht abläuft, kann der Gesamtprozess den Tag-und-Nacht-Rhythmus ausgleichen. Für menschengemachte Systeme stellt die Nacht dagegen eine lästige Unterbrechung der lichtabhängigen Energieproduktion dar. Ein System, das den Bioprozess direkt nachahmt, müsste die lichterzeugten Elektronen speichern können, um sie später unabhängig von der Primärlichtquelle freisetzen zu können.

Solarzellen generieren die Elektronen entweder für den lokalen Verbrauch oder für die Einspeisung in das Stromnetz. Als Speichermedien für die elektrische Energie werden dagegen Batterien oder Kraftstoffe wie Wasserstoff oder Methan verwendet, die wiederum durch elektrochemische Reaktionen erzeugt wurden.

Alternativ könnte man auch die natürliche Photosynthese effektiver nachahmen und nach einem Material suchen, das die photokatalytischen Elektronen gleich nach der Erzeugung speichern und nach Bedarf wieder abgeben kann. Bettina Lotsch vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart und Kollegen aus der Schweiz und Großbritannien entwickelten dafür ein neuartiges Kohlenstoffnitrid-Polymer, dessen Vorstofe „Melon“ für seine photokatalytischen und halbleitenden Eigenschaften bereits bekannt ist.

Das modifizierte Kohlenstoffnitrid ist ein gelblicher Festkörper, der durch Beleuchtung seine Farbe ändert. „Die Farbe dieses Polymers schlägt unter Einstrahlung von Licht und in der Gegenwart von bestimmten Elektronendonoren in Sauerstoff-freier Umgebung von gelb nach blau um“, berichten die Wissenschaftler. Dieses „blaue Radikal“ enthält die eingefangenen Elektronen.

Wird das Licht ausgeschaltet und für die Wasserstoffentwicklung ein entsprechender Cokatalysator zugegeben, so wird das Polymer wieder gelb. Die gespeicherten Elektronen werden dabei für die katalytische Wasserstoffproduktion verwendet. Diese bemerkenswerten Ergebnisse zeigen, dass es durch das speziell entwickeltes Material möglich ist, den Licht einfangenden, Elektronen erzeugenden Teilprozess von der Weiterleitung und Freisetzung der Elektronen zu entkoppeln. Dies könnte den Prozess der Erzeugung speicherbarer solarer Brennstoffe erheblich vereinfachen, indem es ihn von der Periodizität der Sonneneinstrahlung entkoppelt.

Angewandte Chemie: Presseinfo 44/2016

Autor: Bettina V. Lotsch, Max Planck Institute for Solid State Research (Germany), https://www.fkf.mpg.de/171964/Prof_Dr_Bettina_V_Lotsch

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201608553

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

http://presse.angewandte.de

Media Contact

Dr. Karin J. Schmitz Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreib Kommentar

Neueste Beiträge

Mit UV-C-Strahlung wirksam gegen das Coronavirus vorgehen

PTB untersuchte den Raumluftreiniger von Braunschweiger Entwicklern: Für den untersuchten Prototyp lässt sich abschätzen, dass durch das Gerät geführte Viren zerstört und somit die Virenlast in der Raumluft prinzipiell deutlich…

Azoren-Plateau entstand durch Vulkanismus und tektonische Dehnung

Der submarine Terceira-Graben geht auf tektonische und vulkanische Aktivitäten zurück und ähnelt damit kontinentalen Grabensystemen. Dies zeigen Lavaproben vom Meeresboden, die 2016 bei der Expedition M128 mit dem Forschungsschiff Meteor…

Schmerzmittel für Pflanzen

Forschende am IST Austria behandeln Pflanzen mit Schmerzmitteln und gewinnen so neue Erkenntnisse über das Pflanzenwachstum. Neue Studie in Cell Reports veröffentlicht. Jahrhundertelang haben Menschen Weidenrinde zur Behandlung von Kopfschmerzen…

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close