25/02/2014 - Neue Materialien für eine wettbewerbsfähigere Wasserstoffproduktion

Menéame

Die Stromerzeugung ist nicht der einzige Weg, um die Energie Sonneneinstrahlung. Die Sonne kann auch chemische Reaktionen verursachen Brennstoffe, wie Wasserstoff, kann für den Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden.

Das Hauptproblem bei der Herstellung von Brennstoff aus der Sonne sind derzeit die Kosten, insbesondere die Kosten für Halbleiter, die die Sonnenstrahlung erfassen, und die durch den Brennstoff erzeugten Katalysatoren.

Die effizientesten Materialien sind zu teuer, um Kraftstoff zu einem Preis zu erzeugen, der mit den heutigen fossilen Brennstoffen konkurrieren kann. "Die Kosten für diese Geräte müssen gesenkt werden, um sie für die Produktion von Solarbrennstoffen lebensfähig und wirtschaftlich wettbewerbsfähig zu machen," sagt er. Kyoung-Shin Choi, Professor für Chemie am  Universität Wisconsin-Madison.

Solarzellen Bismut Vanadat

In einer Studie, die letzte Woche in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaft , Choi und der postdoktorale Forscher Tae Woo Kim, kombinieren billige oxidbasierte Materialien, um Wasser in Gase von Wasserstoff und Sauerstoff mit Solarenergie mit einer Umwandlungseffizienz von Solarenergie und Wasserstoff von 1,7 Prozent zu trennen, die höchste berichtet für jedes oxidbasierte Photoelektrodensystem.

Choi schuf Solarzellen von Bismut Vanadat durch Elektroablagerung - der gleiche Prozess, der zur Herstellung von Gold oder Automobil-Komponenten verwendet wird - die Oberfläche der Verbindung auf einen bemerkenswerten Index von 32 Quadratmetern je Gramm zu erhöhen.

Kyoung-Shin Choi

"Ohne Luxusausrüstung, ohne hohe Temperatur oder hohen Druck haben wir einen Nanoporenhalbleiter aus sehr kleinen Teilchen mit großer Oberfläche gemacht," sagt Choi, dessen Arbeit von der National Science Foundation. "Mehr Oberflächenfläche bedeutet mehr Kontaktfläche mit Wasser und somit eine effizientere Wasserteilung."

Das Bismut Vanadat braucht Hilfe bei der Beschleunigung der Reaktion, die der Brennstoff erzeugt, und das ist, wo Katalysatoren in Aktion treten.

Zwar gibt es viele Forschungsgruppen, die an der Entwicklung von photoelektrischen Halbleitern arbeiten, und viele auch an der Entwicklung der Katalysatoren für die Wasserteilung, so Choi zufolge hatte die Verbindung von Halbleitern und Katalysatoren relativ wenig Aufmerksamkeit erregt.

"Das Problem ist, dass du sie am Ende zusammenstellen musst," erklärt Choi. "Selbst wenn Sie den besten Halbleiter der Welt und den besten Katalysator haben, kann Ihre Gesamteffizienz durch die Halbleiter-Katalysator-Schnittstelle eingeschränkt werden. "

Choi und Kim erforschten ein paar preiswerte und ziemlich unvollkommene Katalysatoren - auf der Grundlage von Eisenoxid und Nickeloxid- indem sie sie in den Vanadat von Bismut stecken, um ihre relativen Stärken zu nutzen.

"Kein Katalysator kann als gute Schnittstelle mit einem Halbleiter und Wasser arbeiten, das unser Reagenz ist. Deshalb haben wir uns entschieden, diese Aktion in zwei Teile zu teilen," sagt Choi, "Eisenoxid ist eine gute Kreuzung mit Bismut Vanadat, und Nickeloxid macht eine gute katalytische Schnittstelle mit Wasser. Also benutzen wir sie zusammen."

Die Kombination dieses billigen Katalysator-Duos mit der hochflächigen Nanoporenhalbelektrode führte zum Bau eines kostengünstigen oxidbasierten Photoelektrodensystems mit hoher Effizienzrekord.

"Andere Forscher, die unterschiedliche Halbleitertypen oder verschiedene Katalysatortypen untersuchen, können mit diesem Ansatz beginnen, um herauszufinden, welche Materialkombinationen noch effizienter sein können," sagt Choi, deren Labor bereits sein Design verändert, "mit etwas Engineering, die Effizienz, die wir erreicht haben, könnte sehr schnell verbessert werden"

Weitere Informationen:

Kyoung-Shin Choi

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