Innovatives Verfahren macht Wasserstoffproduktion günstiger
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben ein Material entwickelt, das sich nutzen lässt, um Wasser von Verunreinigungen zu befreien und es gleichzeitig in Wasser- und Sauerstoff aufzuspalten. Als Energiequelle dient in beiden Fällen das Licht der Sonne. Fotokatalyse nennt sich dieses physikalische Phänomen.
16.12.2018
Einem Team um Kyriakos Stylianou gelang das Kunststück mit einer Materialklasse, die faszinierende Eigenschaften hat, den MOFs, das sind Metall-organische Gerüste, die sowohl aus organischen Molekülen als auch aus anorganischen Bausteinen bestehen. Sie sind äußerst porös, lassen sich vielseitig nutzen und haben überraschende optische und elektronische Eigenschaften. Sie lassen sich beispielsweise nutzen, um Gase zu lagern oder zu spalten sowie zur Herstellung von Sensoren und eben für die Fotokatalyse.
Das MOF der Schweizer basiert auf dem anorganischen Material Nickelphosphid. Welche organischen Komponenten die Forscher eingefügt haben, sagen sie nicht. Das Material wird vom Sonnenlicht energetisch angeregt. Dadurch werden Elektronenpaare aus der äußeren Atomhülle herausgebrochen. Im Zuge der Bestrebungen, diese Löcher wieder zu stopfen, kommt es zu unterschiedlichen Reaktionen, beispielsweise zur Zerstörung von Verunreinigungen oder der Spaltung von Wasser.
Funktion mit Trinkwasser
Bisher ist eine Fotokatalyse nur möglich, wenn das Wasser ausreichend sauber ist. Der Prozess funktioniert beispielsweise mit Trinkwasser. Steht das nicht zur Verfügung, muss Wasser in einem ersten Schritt gereinigt werden, damit es sich im zweiten Schritt spalten lässt. Der jetzt mögliche Simultanbetrieb ist deutlich preiswerter. Der erzeugte Wasserstoff lässt sich zum Betrieb von Brennstoffzellen nutzen, die Strom und Wärme erzeugen, ohne die Umwelt zu belasten. Einziges Reaktionsprodukt ist Wasserdampf.
Die Reinigungswirkung haben die Forscher an Wasser demonstriert, in dem der Farbstoff Rhodamin B gelöst ist. Dieser dient in der Wissenschaft als Modell für organische Verunreinigungen. Das MOF der Schweizer kam damit gut zurecht. „Dieses edelmetallfreie fotokatalytische System bringt die auf Sonnenlicht basierende Technik ein Stück näher an die technische Nutzung heran“, sagt Stylianou. Außerdem beweise es das hohe Potenzial von MOFs im Bereich der Fotokatalyse.
