Verbesserung der Wasserspaltung zur Erzeugung von Wasserstoff
Chromoxid als bestes Material für Photokatalysator-Halbleitereffizienz gefunden
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Der Aufstieg von Wasserstoff als wichtige zukünftige erneuerbare Energiequelle beschleunigt sich - und die Flinders University hat einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität von Photokatalysatoren für die Wasserspaltung geleistet, um mögliche Produktionsmethoden zu verbessern.
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Die jüngsten Forschungsarbeiten der Flinders University, der University of Adelaide und der Tokyo University of Science tragen dazu bei, die Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen voranzutreiben, um die CO2-Emissionen zu reduzieren.
"Es ist eine aufregende Zeit, in der Wasserstoffforschung tätig zu sein, und es werden rasche Fortschritte gemacht, um die größtmögliche Effizienz der Wasserstoffproduktion zu gewährleisten", sagt Gunther Andersson, Professor für chemische Physik an der Flinders University, Erstautor eines neuen Artikels, der die Methode in einer Zeitschrift der American Chemical Society (ACS) beschreibt.
Die photokatalytische Wasserspaltung ist eine vielversprechende Technik zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung von Halbleiterpartikeln als Photokatalysatoren. Die Forscher wissen zwar, dass die strukturellen und elektronischen Eigenschaften der Halbleiter des Photokatalysators eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der photokatalytischen Aktivität spielen, doch ihr Ziel ist es, das beste und effizienteste Material zur Unterstützung dieses Prozesses zu finden - und das haben sie in Chromoxid gefunden.
"Cokatalysatoren können eine effiziente photokatalytische Wasserspaltung fördern, indem sie die Trennung von Elektronen und Ladungsträgern unterstützen und als aktive Stellen für die Wasserspaltungsreaktion fungieren", sagt Professor Andersson, stellvertretender Direktor des Flinders University Institute for NanoScale Science and Technology am College of Science and Engineering.
"Der Cokatalysator benötigt jedoch eine schützende Deckschicht, um die Rekombination von H2 und O2 zu unterdrücken, die zu einer Rückwärtsreaktion führt, bei der H2 und O2 wieder zu H2O werden.
"Wir müssen das richtige Material für die Deckschicht finden, um eine möglichst effiziente photokatalytische Wasserspaltung zu gewährleisten - und das hat uns dazu gebracht, gemischte Übergangsmetalloxide zu untersuchen."
Die Forscher fanden heraus, dass Chromoxidüberschichten den Wasserspaltungsprozess in der Photokatalyse für die durch Sonnenlicht angetriebene Wasserstoffproduktion schützen.
In ihrer Arbeit untersuchten sie die Stabilität, den Oxidationszustand und die elektronische Struktur von Chromoxid, das auf verschiedene Partikel photobeschichtet wurde, in Abhängigkeit vom Glühverfahren.
Wichtig ist, dass das internationale Forscherteam auch herausfand, dass die Chromoxidüberschichten nicht zur Wasserspaltungsreaktion beitragen.
Gregory Metha, Professor für Chemie an der University of Adelaide, fügt hinzu: "Weltweit führende Photokatalysatoren haben Chromoxidüberschichten, und diese Arbeit offenbart neue Einblicke in die Beschaffenheit der Beschichtung, die zu Verbesserungen bei zukünftigen Materialien führen könnten."
Es ist bekannt, dass Chromoxidüberschichten den Wasserspaltungsprozess in der Photokatalyse für die durch Sonnenlicht angetriebene Wasserstoffproduktion schützen. Die Forscher fanden heraus, dass die thermische Stabilität der Chromoxidschicht von der chemischen Beschaffenheit des zugrunde liegenden Photokatalysators abhängt.
"Das Verständnis der Stabilität, des Oxidationszustands und der elektronischen Struktur der Chromoxidschicht auf den Photokatalysatorpartikeln beim Ausglühen ist für die Anwendung von Deckschichten bei der photokatalytischen Wasserspaltung von entscheidender Bedeutung", sagt Professor Andersson.
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