Neues Material kann Wasserstoff aus Salzwasser oder verschmutztem Wasser erzeugen

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Neues Material kann Wasserstoff aus Salzwasser oder verschmutztem Wasser erzeugen

Wissenschaftler der Polytechnischen Universität Tomsk haben gemeinsam mit Teams der Universität für Chemie und Technologie, Prag und der Jan Evangelista Purkyne Universität in der Universität Labem ein neues 2D-Material zur Herstellung von Wasserstoff entwickelt, das die Grundlage alternativer Energien ist. Das Material erzeugt durch Sonneneinstrahlung effizient Wasserstoff aus Salzwasser, verschmutztem Wasser oder Frischwasser.
"Wasserstoff ist eine alternative Energiequelle. So kann die Entwicklung von Wasserstofftechnologien zu einer Lösung für die globale Energieherausforderung werden. Es gibt jedoch eine Reihe von Problemen zu lösen. Insbesondere suchen Wissenschaftler noch immer nach effizienten und grünen Methoden zur Wasserstoffproduktion. Eine der wichtigsten Methoden ist es, Wasser durch Sonneneinstrahlung zu zersetzen. Es gibt viel Wasser auf unserem Planeten, aber nur wenige Methoden, die für Salz oder verschmutztes Wasser geeignet sind. Darüber hinaus nutzen nur wenige das Infrarotspektrum, das 43 % des gesamten Sonnenlichts beträgt", stellt Olga Guselnikova, eine der Autoren und Forscherin der TPU Research School of Chemistry & Applied Biomedical Sciences, fest.
© pubs.acs.org

Das entwickelte Material ist eine dreischichtige Struktur mit einer Dicke von 1 Mikrometer. Die untere Schicht ist ein dünner Goldfilm, der zweite aus 10 Nanometer Platin und die dritte ist ein Film aus metallorganischen Gerüsten aus Chromverbindungen und organischen Molekülen.
"Während der Experimente wässerten wir Material und versiegelten den Behälter, um periodische Gasproben zu entnehmen, um die Menge an Wasserstoff zu bestimmen. Infrarotlicht verursachte die Anregung von Plasmonresonanz auf der Probenoberfläche. Heiße Elektronen, die auf dem Goldfilm erzeugt wurden, wurden auf die Platinschicht übertragen. Diese Elektronen leiteten die Reduktion von Protonen an der Schnittstelle mit der organischen Schicht ein. Wenn Elektronen die katalytischen Zentren metallorganischer Gerüste erreichen, wurden diese auch verwendet, um Protonen zu reduzieren und Wasserstoff zu erhalten", erklärt Olga. "In diesem Fall fungierte auch der metallorganische Rahmen als Filter. Es filterte Verunreinigungen und leitete bereits gereinigtes Wasser ohne Verunreinigungen an die Metallschicht weiter. Es ist sehr wichtig, denn obwohl es viel Wasser auf der Erde gibt, ist es hauptsächlich Salzwasser oder verschmutztes Wasser, wir sollten möglichkeiten finden mit diesem Wasser zu arbeiten", sagt sie. Experimente haben gezeigt, dass aus 100 Quadratzentimetern des Materials in einer Stunde 0,5 Liter Wasserstoff erzeugt werden können. Das ist eine der höchsten Raten, die für 2D-Materialien berichtet wurden. In Zukunft werden Wissenschaftler das Material weiter verbessern, um es sowohl für Infrarot- als auch für sichtbare Spektren effizient zu machen.
"Das Material zeigt bereits eine gewisse Absorption im sichtbaren Lichtspektrum, aber seine Effizienz ist etwas geringer als im Infrarotspektrum. Nach der Verbesserung wird man sagen können, dass das Material mit 93% des spektralen Volumens des Sonnenlichts arbeitet", fügt Olga hinzu. Die Studien werden in Zusammenarbeit mit der Universität für Chemie und Technologie, Prag und der Jan Evangelista Purkyne Universität in der Universität Labem durchgeführt. Dieses Forschungsprojekt wurde in einer Anwendung verwendet, unterstützt durch das TPU Competitiveness Enhancement Program (VIU-ISHKHBMT-194/2020), wissenschaftlicher Betreuer ist Assoc. Prof. Pavel Postnikov, TPU Research School of Chemistry & Applied Biomedical Sciences. Die Ergebnisse werden in ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8.758; Q1) veröffentlicht.






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