19.03.2021 - American Chemical Society (ACS)

Katalysator mit doppelter Funktion erzeugt Wasserstoff und reinigt gleichzeitig das Abwasser

Wasserstoff ist eine umweltfreundliche Energiequelle, wenn er mit Sonnenlicht statt mit fossilen Brennstoffen aus Wasser extrahiert wird. Doch aktuelle Strategien zur "Spaltung" oder Aufspaltung von Wassermolekülen mit Katalysatoren und Licht erfordern die Einführung von chemischen Zusätzen, um den Prozess zu beschleunigen. Jetzt haben Forscher, die in ACS ES&T Engineering berichten, einen Katalysator entwickelt, der Medikamente und andere Verbindungen zerstört, die bereits im Abwasser vorhanden sind, um Wasserstoff zu erzeugen.

Die Nutzung der Sonnenenergie für die Aufspaltung von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff ist eine vielversprechende erneuerbare Ressource, aber es ist ein langsamer Prozess, selbst wenn Katalysatoren eingesetzt werden, um ihn zu beschleunigen. In einigen Fällen werden Alkohole oder Zucker hinzugefügt, um die Geschwindigkeit der Wasserstoffproduktion zu erhöhen, aber diese Chemikalien werden zerstört, während Wasserstoff erzeugt wird, was bedeutet, dass der Ansatz nicht erneuerbar ist. In einer anderen Strategie haben Forscher versucht, Verunreinigungen im Abwasser zu nutzen, um die Erzeugung von Wasserstoff zu verbessern. Während Katalysatoren auf Titanbasis sowohl für die Entfernung von Verunreinigungen als auch für die Erzeugung von Wasserstoff funktionierten, waren die Wirkungsgrade für beide Schritte aufgrund der sich überlappenden Reaktionsstellen geringer als erwartet. Eine Möglichkeit, solche Interferenzen zu reduzieren, besteht darin, Katalysatoren durch Verschmelzen verschiedener leitfähiger Metalle herzustellen und so getrennte Orte für die Reaktionen zu schaffen. Chuanhao Li und seine Kollegen wollten daher Kobaltoxid und Titandioxid kombinieren, um einen Katalysator mit Doppelfunktion zu schaffen, der gängige Medikamente im Abwasser abbaut und gleichzeitig Wasser effizient in Wasserstoff für Kraftstoff umwandelt.

Um den Katalysator herzustellen, beschichteten die Forscher nanoskalige Titandioxid-Kristalle mit einer dünnen Schicht Kobaltoxid. Erste Tests zeigten, dass dieses Material nicht viel Wasserstoff produzierte. Als nächsten Schritt versetzte das Team diesen dualen Katalysator mit 1 Gewichtsprozent Platin-Nanopartikeln - einem effizienten, aber teuren Katalysator zur Erzeugung von Wasserstoff. In Gegenwart von simuliertem Sonnenlicht baute der mit Platin imprägnierte Katalysator zwei Antibiotika ab und produzierte erhebliche Mengen an Wasserstoff. Schließlich testete das Team sein Produkt an echtem Abwasser, Wasser aus einem Fluss in China und deionisierten Wasserproben. Unter simuliertem Sonnenlicht stimulierte der Katalysator die Wasserstoffproduktion in allen drei Proben. Die größte Menge an Wasserstoff wurde aus der Abwasserprobe gewonnen. Die Forscher sagen, dass ihr Katalysator eine nachhaltige Option zur Abwasserbehandlung sein könnte, indem er gleichzeitig Wasserstoff als Kraftstoff erzeugt.

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Fakten, Hintergründe, Dossiers
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  • Platin-Nanopartikel
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