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Neuer Photokatalysator: Ladungstrennung am Nanopartikel

Alles in einem bei der Photokatalyse

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Multitool für die solare Wasserspaltung

„Den Durchbruch haben wir geschafft, indem wir Nanostäbchen des Halbleiters Cadmiumsulfid verwendeten und die Reduktions- und Oxidationsreaktion auf diesen Nanokristallen räumlich trennten“, sagt Stolarczyk. An den Spitzen der Stäbchen positionierten die Wissenschaftler winzige Platinpartikel, die bei der Photoreaktion entstehende Elektronen aufnehmen. Wie die LMU-Physiker bereits früher gezeigt haben, funktioniert diese Anordnung als wirksamer Photokatalysator für die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff.

Die Oxidation dagegen findet an den Seiten der Nanostäbchen statt: Auf den gesamten Seitenflächen platzierten die LMU-Physiker Oxidationskatalysatoren auf Rutheniumbasis, die mit speziellen Ankergruppen an den Nanostäbchen fixiert werden. Entwickelt wurden diese Katalysatoren von Würthners Team an der JMU.

„Die Verankerung ermöglicht eine extrem schnelle Übertragung des Lochs auf den Katalysator, sodass eine effektive Sauerstofferzeugung stattfinden kann und die Cadmium-Nanostäbchen nicht geschädigt werden“, sagt Dr. Peter Frischmann, einer der Initiatoren des Forschungsprojekts an der Universität Würzburg. Mit dem neuen Nanokatalysator haben die Wissenschaftler einen wichtigen Beitrag für innovative Konzepte zur Umwandlung von Solarenergie in Wasserstoff geleistet.

Originalpublikation: Christian M. Wolff, Peter D. Frischmann, Marcus Schulze, Bernhard J. Bohn, Robin Wein, Panajotis Livadas, Michael T. Carlson, Frank Jäckel, Jochen Feldmann, Frank Würthner, and Jacek K. Stolarczyk: All-in-one visible-light-driven water splitting by combining nanoparticulate and molecular co-catalysts on CdS nanorods. Nature Energy, 3. September 2018; DOI: 10.1038/s41560-018-0229-6

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