Wissenschaftlerinnen der Universit?t Paderborn erforschen Kohlenstoffmaterialen für die Photokatalyse
Kohle, Gas, Erd?l: Der Einsatz fossiler Brennstoffe geht zurück. Saubere Energie, gewonnen aus regenerativen Quellen, l?st die umweltbelastende Konkurrenz Stück für Stück ab. Um in der Breite eingesetzt werden zu k?nnen, müssen die Energiequellen erschwinglich und vor allem verfügbar sein. Als besonders geeignet für verschiedene Anwendungen hat sich in den vergangenen Jahren Wasserstoff herausgestellt. Allerdings ist dessen Produktion aktuell zu einem Gro?teil auf fossile Brennstoffe ausgelegt. Um das zu ?ndern, untersuchen Wissenschaftlerinnen der Universit?t Paderborn in einem neuen Forschungsprojekt, wie Wasserstoff auf Basis von Solarenergie mithilfe bestimmter Kohlenstoffmaterialien gewonnen werden kann – rundum grün also. Das Vorhaben mit dem Titel ?C2-SPORT“ (für ?Carbon Composites as Direct Z-Scheme Photocatalysts for Overall Water Splitting”) wird als Teil des hauseigenen Wissenschaftskollegs der Universit?t Paderborn mit rund 20.000 Euro gef?rdert.
?Durch die Nutzung von Sonnenlicht zur Wasserspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff kommen wir der Idealvorstellung einer rentablen und umweltfreundlichen Energiequelle einen gro?en Schritt n?her“, erkl?rt Jun.-Prof. Dr. Maria Nieves López Salas vom Department Chemie der Universit?t Paderborn, die das Vorhaben zusammen mit Dr. Ying Pan, ebenfalls vom Department Chemie, umsetzt. Ihr Konzept basiert auf dem sogenannten ?direkten Z-Schema“, einer Methode, die von der natürlichen Photosynthese inspiriert ist. Dabei geht es – vereinfacht ausgedrückt – um die Kombination zweier Halbleitertypen. Das Besondere daran ist, dass es die St?rken beider Typen zusammenführt, was zu einer bisher unerreichten Effizienz der Wasserspaltung führt. López Salas erkl?rt: ?Die Halbleiter-basierte fotokatalytische Wasserspaltung, die Solarenergie nutzt, um Wasserstoff und Sauerstoff auf Basis von Wasser zu produzieren, hat sich als vielversprechende L?sung erwiesen, um Energie- und Umweltprobleme anzugehen.“ Aber noch gibt es Hürden: Zum Beispiel ist es ?u?erst schwierig, Wasser mit nur einem Katalysator-Material vollst?ndig in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. ?Bei fotokatalytischen Reaktionen arbeiten Lichtabsorption, Ladungstr?gertrennung und Oberfl?chenreaktionen der Katalysatoren zusammen, um aus Sonnenlicht Wasserstoff zu erzeugen. Für eine hohe Leistung müssen diese Katalysatoren u. a. Licht gut absorbieren und Ladungen effizient trennen“, f?hrt López Salas fort. Aktuell verfügbare Halbleiter, die nur aus einem Material bestehen, k?nnen diesen Anforderungen nur schwer gerecht werden.
Kohlenstoffhaltige Halbleiter k?nnten eine interessante Option für Z-Schema-Photokatalysatorsysteme sein. Ein Grund dafür ist, dass sie eine gute photokatalytische Aktivit?t aufweisen und leichter sind als andere Materialien wie etwa Titandioxid. Au?erdem sind sie günstiger, zuverl?ssig und auf der Erde reichlich vorhanden. Geeignete Strategien, die es zu erforschen gilt, k?nnten sie zu hervorragenden Kandidaten für die Wasserstoffproduktion machen. Pan h?lt fest: ?Das Verst?ndnis wird einen bedeutenden Einfluss auf die Suche nach Technologien zur Umwandlung von Solar- in Wasserstoffenergie haben. Es kann die Basis für extrem effiziente Katalysatoren und ein gro?er Schritt in Richtung neuer Ger?te zur künstlichen Photosynthese sein.“
Das Vorhaben wird ab April kommenden Jahres im Rahmen des Paderborner Wissenschaftskollegs gef?rdert. Ziel ist es, durch interdisziplin?re Forschungsvorhaben und internationale Kooperationen neue Forschungsimpulse an der Universit?t Paderborn zu setzen. Die Ausschreibung ist themenoffen und richtet sich an Wissenschaftler*innen ab der Postdoc-Phase. Das Wissenschaftskolleg bietet die M?glichkeit, gemeinsam mit Kolleg*innen ausl?ndischer Universit?ten oder Forschungseinrichtungen international ausgerichtete Forschungsvorhaben durchzuführen. Bei ?C2-Sport“ sind Gastwissenschaftlerinnen von Universit?ten in Australien und China an dem Vorhaben beteiligt.
