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NIM nanosystems initiative munich
Meldung

Donnerstag, 15. Dezember 2016

Von der Natur lernen

Künstliche Photosynthese

NIM-Wissenschaftler haben ein neuartiges Kohlenstoffnitrid-Polymer entwickelt, das licht-induzierte Elektronen speichern und nach Bedarf freigeben kann. Auf diese Weise können die Elektronen zeitverzögert beispielsweise für die Produktion des Speichermediums Wasserstoff genutzen werden.


Ein Team um die NIM-Professorin Bettina Lotsch (Chemie, LMU / Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Stuttgart) hat auf Basis eines graphitähnlichen Kohlenstoffnitrides ein Polymer entwickelt, das einen wichtigen Teilschritt der „künstlichen Photosynthese“ – die photokatalytische Entwicklung des solaren Brennstoffes Wasserstoff – dem Vorbild der Natur effektiver nachahmt als bisherige Materialen. Es speichert Elektronen, die durch Licht in Gegenwart eines Elektronendonors erzeugt wurden, und kann sie nach Bedarf wieder abgeben. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“.

 

Mithilfe des neuartigen Kohlenstoffnitrid-Polymers lassen sich die Prozesse der künstlichen Photosynthese entkoppeln. Wie in der Natur wird zunächst Lichtenergie aufgenommen. Die durch Licht und einen Elektronendonor generierten Elektronen werden im Material in Form ultralanglebiger Radikale gespeichert, die durch eine intensive Blaufärbung erkennbar sind. Die im Licht gebildeten Elektronen werden dann – durch Zugabe eines Co-Katalysators – nach Bedarf freigesetzt und für die Produktion von Wasserstoff verwendet. Durch die zeitverzögerte Freisetzung der Elektronen ist die Wasserstoffproduktion unabhängig von der direkten Sonneneinstrahlung und kann sogar im Dunkeln stattfinden.


„Beide Prozesse – die Photoreduktion in der Lichtphase und die katalytische Umsetzung zu Wasserstoff in der Dunkelphase – finden im selben Material statt", erklärt Bettina Lotsch. "Das ist ein großer Vorteil gegenüber bisherigen Ansätzen, in denen sich die Bildung und der Verbrauch der Ladungsträger nicht entkoppeln lassen oder – wie in der Natur – eine komplexe Elektronentransportkette durchlaufen werden muss, um Energie in Form der Moleküle NADPH und ATP zu speichern“. Das verwendete Polymer ist zudem preiswert und einfach in der Herstellung.


Das neuartige Material bietet sich als Speichermedium für Sonnenenergie an. „Unser System kann Sonnenenergie speichern und zeitverzögert freisetzen“, sagt Filip Podjaski, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Bettina Lotsch. Die LMU/Max-Planck-Chemiker hoffen, dass sich daraus solare Energiespeicher entwickeln lassen, die entkoppelt von der Verfügbarkeit der Sonneneinstrahlung Energie in Form von solaren Brennstoffen nach Bedarf abgeben können.

Quelle: Pressestelle LMU

Bild: Christoph Hohmann, NIM

 

Kontakt

Professor Dr. Bettina Lotsch

Department of Chemistry, LMU Munich

Phone: +49 (0) 89 2180-77429

Email:bettina.lotsch@cup.uni-muenchen.de

 

Publikation:

Vincent Wing-hei Lau, Daniel Klose, Hatice Kasap, Filip Podjaski, Marie-Claire Pignié, Erwin Reisner, Gunnar Jeschke and Bettina V. Lotsch. Dark Photocatalysis: Storage of Solar Energy in Carbon Nitride for Time-Delayed Hydrogen Generation. Angewandte Chemie (Opens external link in new windowDOI: 10.1002/ange.201608553)

 

Mehr zur Forschung von Bettina Lotsch:

Farbkodierender Sensor: Nano für berührungsfreie Touchscreens (vom 23.09.2015): www.uni-muenchen.de/forschung/news/2015/lotsch_nanosheets.html

 

Energie aus Sonnenlicht: Wasserstoff nach Wunsch (vom 30.9.2015): www.uni-muenchen.de/forschung/news/2015/lotsch_photokatalyse.html

 

 

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