Lichtbetriebener Nanokatalysator zur Herstellung von Wasserstoff mithilfe von Sonnenlicht

(Nanowerk-Neuigkeiten) Ein Team des UPC und des katalanischen Instituts für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (ICN2) hat einen effizienten und stabilen Photokatalysator entwickelt, der in der Lage ist, Wasserstoff direkt unter Verwendung von Sonnenlicht zu erzeugen. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nature Communications veröffentlicht („Facettenentwickeltes TiO2 treibt die photokatalytische Aktivität und Stabilität von unterstützten Edelmetallclustern während H. an2 evolutiont“). Bild, das zeigt, wie freiliegende kristallografische Flächen von Titandioxid und Metallclustern zur sauberen und nachhaltigen Produktion von Wasserstoff genutzt werden können. (Bild: UPC) Wasserstoff ist für die Energiewende unerlässlich, sofern er aus erneuerbaren Quellen hergestellt wird (grüner Wasserstoff). Es ist seit langem bekannt, dass Elektronen in einigen Halbleitern bei Einstrahlung von Sonnenlicht an chemischen Reaktionen teilnehmen können. Dies ist bei Titandioxid der Fall, einem billigen und harmlosen Material, das häufig als Weißpigment in Farben, Kunststoffen, Papieren, Tinten und Kosmetika verwendet wird. Die angeregten Elektronen in Titandioxid sind in der Lage, aus den Protonen in Wasser und organischen Verbindungen Wasserstoff zu erzeugen. Allerdings ist die Wasserstoffproduktion sehr gering, da die Elektronen eher zur Entspannung als zur Reaktion neigen, sodass die Effizienz des Prozesses aus praktischer Sicht zu gering ist. Diese Einschränkung kann überwunden werden, indem Titandioxid mit Metall in Kontakt gebracht wird Nanopartikel, die als Elektronenfilter wirken und die Lebensdauer der Elektronen im angeregten Zustand verlängern, sodass sie reagieren und Wasserstoff erzeugen können. Dadurch können hundertfach höhere Erträge erzielt werden. Diese Studie ist ein Fortschritt für eine nachhaltige Wasserstoffproduktion. Es wurde von Ramón y Cajal-Forscher Lluís Soler und Professor Jordi Llorca von der ENCORE-NEMEN-Forschungsgruppe der Fakultät für Chemieingenieurwesen und dem Institut für Energietechnologien der Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) geleitet. Sie sind außerdem Teil des Spezifischen Zentrums für Wasserstoffforschung (CER-H2). Mithilfe eines mechanochemischen Prozesses lagerten die Forscher Metallcluster auf Titandioxid-Nanopartikeln unterschiedlicher Morphologie ab und fanden heraus, dass die verschiedenen freiliegenden kristallografischen Flächen von Titandioxid auch eine Schlüsselrolle bei der Wasserstoffproduktion spielen. Sowohl die Stabilität von Photokatalysatoren als auch die Stärke des Elektronentransfers zwischen dem Halbleiter und den Metallnanopartikeln hängen stark von den freiliegenden Flächen des Halbleiters ab, die für die Beweglichkeit und Aggregation der Atome verantwortlich sind. Diagramm, das die Bedeutung von Metallnanopartikeln und freiliegenden kristallografischen Flächen von Titandioxid bei der direkten Herstellung von Wasserstoff mithilfe von Sonnenlicht zeigt. (Bild: UPC) Die Ergebnisse sind eindeutig. Wenn Platincluster auf oktaedrischen Titandioxid-Nanopartikeln abgeschieden werden, entsteht ein Photokatalysator, der größere Mengen an Wasserstoff produziert und, was noch wichtiger ist, viel stabiler ist als jede andere Kombination. Ein bemerkenswertes Beispiel dafür Nanotechnologie können zur Entwicklung neuer Geräte im Energiebereich eingesetzt werden. Um die Ergebnisse zu verstehen, hat Ramón y Cajal-Forscher Claudio Cazorla von der Abteilung für Physik der UPC quantenmechanische Berechnungen durchgeführt, um die elektronische Struktur der Photokatalysatoren zu untersuchen, die mit den Ergebnissen der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie verglichen wurden, die im Forschungszentrum der UPC erhalten wurden in Multiscale-Wissenschaft und Ingenieurwesen. Das Zentrum befindet sich auf dem Campus Diagonal-Besòs, ebenso wie die Barcelona East School of Engineering (EEBE), an der die Forscher auch lehren. Die Ergebnisse dieser Forschung werden die Entwicklung neuer Katalysatoren für die effiziente und nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff ermöglichen. An der UPC im Spezifischen Zentrum für Wasserstoffforschung wird bereits daran gearbeitet, diese Ergebnisse in die Praxis umzusetzen. An der Studie waren auch der UPC-Doktorand Yufen Chen und Forscher des katalanischen Instituts für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (ICN2) beteiligt.

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64377.php