Gießen Sie sich ein Glas Wasser ein und schauen Sie es sich an. Dieses Wasser enthält eine reichliche Brennstoffquelle, Wasserstoff. Wasserstoff verbrennt im Gegensatz zu Energieprodukten auf -Erdölbasis sauber. Klingt zu gut um wahr zu sein? Wissenschaftler in Japan spalteten erfolgreich Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, indem sie leichte und sorgfältig konstruierte Katalysatoren verwendeten, und zwar mit maximaler Effizienz, was bedeutet, dass es fast keine Verluste und unerwünschte Nebenreaktionen gab. Dieser jüngste Durchbruch in der solaren Wasserstoffproduktion macht die Wahrscheinlichkeit einer skalierbaren, wirtschaftlich rentablen Wasserstoffproduktion mehr als wahrscheinlich und ebnet der Menschheit den Weg zur Umstellung auf saubere Energie.
Die Wasserspaltung unter Verwendung von Katalysatoren und Sonnenlicht, genannt Photokatalyse, ist seit Jahrzehnten eine vielversprechende Methode, um eine solare Wasserstoffproduktion zu erreichen. Die meisten früheren Versuche ergaben jedoch nur eine externe Quanteneffizienz von weniger als etwa 50 Prozent, was die Schwierigkeit beim effizienten Katalysatordesign für den Einsatz in der realen Welt darstellt. Der Katalysator musste besser konstruiert werden, damit jedes absorbierte Photon von der Lichtquelle zur Herstellung von Wasserstoff verwendet wird. Der Schlüssel zur Effizienzsteigerung war die strategische Platzierung der Co-Katalysatoren und die Vermeidung von Defekten im Halbleiter.
Veröffentlicht in Nature vom 27. Mai, Tsuyoshi Takata von der Shinshu University et al. durchbrach neue Grenzen in der Stromerzeugung durch die Verwendung von mit Aluminium - dotiertem Strontiumtitanat als Photokatalysator, dessen Eigenschaften ausgiebig untersucht und daher am besten verstanden wurden. Sie wählen die Co-Katalysatoren Rhodium für Wasserstoff mit Chromoxid und Kobalt-oxid für Sauerstoff, indem sie sie fein-abstimmen, damit sie nur gewünschte Reaktionen eingehen. Dieses Verfahren ermöglichte, dass die Reaktion keine Rekombinationsverluste aufweist.
Diese neuen Erkenntnisse öffnen die Türen für eine skalierbare und wirtschaftlich rentable solare Wasserstoffproduktion. Ihre Designstrategien konnten erfolgreich Defekte reduzieren, die zu einer nahezu perfekten Effizienz führen, und die gewonnenen Erkenntnisse werden auf andere Materialien mit intensiver Absorption von sichtbarem Licht angewendet. Bis wir unsere Autos mit Wasserstoff betreiben können, ist noch weitere Arbeit erforderlich, da sich diese Studie auf die Verwendung von ultraviolettem Licht konzentrierte und das reichlich vorhandene sichtbare Licht der Sonne ungenutzt blieb. Dieser große Durchbruch hat diese Möglichkeit jedoch nicht mehr zu gut gemacht, um wahr zu sein, sondern ist theoretisch nur noch eine Frage der Zeit. Hoffentlich wird es Wissenschaftler, Forscher und Ingenieure ermutigen, sich auf diesem Gebiet zu engagieren, und die Nutzung von solarer Wasserstoffenergie so viel näher bringen.
