Sonnenenergie für Brennstoffzellen

Hier ist Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) ein Durchbruch gelungen. Sie setzen auf Kohlenstoffnitrid als Photokatalysator, um mithilfe von Sonnenenergie Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen.

Durch das Polymer wird es erstmals möglich, bei der Reaktion zur Wasserstoffgewinnung auf teure Edelmetalle zu verzichten. Das Material hat aber noch grösseres Potenzial. «Kohlenstoffnitrid kann auch die Sauerstoffgewinnung aus Wasser unter sichtbarem Licht katalysieren», meint Xinchen Wang, Leiter der Arbeitsgruppe am MPIKG.

Vergrösserung der Materialoberfläche

Zur Wasserstoffgewinnung mithilfe von Sonnenlicht waren bislang Edelmetalle wie etwa Platin als Katalysator und zusätzlich Halbleiter als Antenne für das Sonnenlicht erforderlich. Das Kohlenstoffnitrid, eine eigentlich schon seit 1834 bekannte Substanz, vereint in den aktuellen Experimenten beide Aufgaben. Es absorbiert Sonnenlicht und setzt dadurch Ladungsträger frei, die dann der Katalysereaktion dienen.

Das Material bietet zudem weitere Vorteile. «Das Besondere an Kohlenstoffnitrid ist, dass es in Wasser selbst bei extrem sauren und basischen Bedingungen stabil ist. Ausserdem kann es sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden», erklärt Wang. Der organische Halbleiter ist auch einfacher zu fertigen als die bislang üblichen anorganischen. Noch ist die Wasserstoff-Ausbeute des neuen Verfahrens gering, doch die Wissenschaftler hoffen durch eine Vergrösserung der aktiven Materialoberfläche mehr Effizienz zu erreichen.

Solarenergie-Speicher

Die effiziente Katalyse von Sauerstoff und Wasserstoff ist von grossem Interesse, da Brennstoffzellen als Solarenergie-Speicher genutzt werden können. Im Sommer vergangenen Jahres haben Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) einen Durchbruch bei der Sauerstoff-Katalyse erzielt und dabei den Wert von Brennstoffzellen als Solarstrom-Zwischenspeicher betont. Allerdings setzt die MIT-Entwicklung auf Katalyse mittels zuvor generiertem Strom, während die aktuelle Arbeit auf eine direkte Photokatalyse setzt. «Es wäre also derzeit schwierig, diese Entwicklungen zusammenzuführen», meint Wang auf Anfrage.

Aufgrund der aktuellen Ergebnisse, die in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Tokio und der chinesischen Fuzhou Universität gewonnen wurden, glauben die MPIKG-Forscher allerdings, dass Karbonnitrid auch für die Sauerstoffkatalyse geeignet ist. «Das bietet das Potenzial, Wasser mit einem Katalysator unter sichtbarem Licht vollständig aufzuspalten», sagt Wang. Die Forscher arbeiten nun daran, eine derartige Gewinnung beider Elemente in einem einzigen Karbonnitrid-Aufbau tatsächlich umzusetzen.

ht (Quelle: pte)

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