Das Aerogel und das gleiche plus Rose und Bunsenbrenner. Markus Niederberger / ETH Zürich
Die Zukunft der Energie ist fast da.
Und ein Team von Wissenschaftlern hat ein neues Aerogel entwickelt, das die Effizienz der Umwandlung von Licht in Wasserstoffenergie erhöht und laut einer aktuellen Studie „bis zu 70-mal mehr Wasserstoff“ produziert als konkurrierende Methoden.veröffentlicht in der ZeitschriftAngewandte Materialien & Grenzflächen.
Und mit genügend Zeit könnte dies der Beginn einer neuen Methode zur Herstellung von Wasserstoffkraftstoff im industriellen Maßstab werden. Das bedeutet Wasserstoffverbrennungsfahrzeuge, neuartige Flugzeugantriebe und vielleicht zukünftige Stromnetze.
'dotierte' Nanopartikel können mehr Sonnenlicht absorbieren
Falls Sie es verpasst haben, Aerogele sind so beeindruckend, dass sie mehr als ein Dutzend Mal Guinness-Weltrekorde aufgestellt haben, einschließlich der Ehrenposition, einer der leichtesten Feststoffe der Welt zu werden. Auf Nanopartikeln basierende Aerogele können als Photokatalysator verwendet werden,die chemische Reaktionen in Kombination mit Sonnenlicht ermöglicht oder beschleunigt, um in der modernen Welt äußerst nützliche Produkte herzustellen, einschließlich Wasserstoff. Das optimale Material für Photokatalysatoren ist Titandioxid TiO2, das ebenfalls ein Halbleiter ist. Aber es hat einen schwerwiegenden Fehler:es absorbiert nur das UV-Spektrum des Sonnenlichts, das nur 5 % des gesamten Sonnenlichts ausmacht. Um sich in der Energieindustrie als effizient und nützlich zu erweisen, müssen Photokatalysatoren ein breiteres Wellenlängenspektrum nutzen.
Dies ist das Ziel von Professor Markus Niederberger und seinem Team im Labor für multifunktionale Materialien der ETH Zürich. Niederbergers Doktorand Junggou Kwon hat nach neuen und alternativen Wegen gesucht, um die Effizienz von Aerogelen zu optimieren, die aus TiO2-Nanopartikeln geschmiedet wurden.Dotierung" des TiO2-Nanopartikels mit Stickstoff, um sicherzustellen, dass diskrete Sauerstoffatome im Material durch Stickstoffatome ersetzt werden, wird das Aerogel in die Lage versetzt, noch mehr sichtbare Teile des Sonnenspektrums zu absorbieren. Dieses Verfahren ermöglicht auch die poröse Struktur des Aerogels um intakt zu bleiben.
Palladium-infundierte Aerogele können 70-mal mehr Wasserstoff erzeugen
Zuerst stellte Kwon das Aerogel mit TiO2-Nanopartikeln in Verbindung mit nur geringen Mengen des Edelmetalls Palladium her. Palladium ist nützlich, weil es eine entscheidende Rolle bei der photokatalytischen Produktion von Wasserstoff spielt. Aber Kwon senkte das Aerogel dann in einen Reaktor,wo es mit Ammoniakgas infundiert wurde, wodurch Stickstoffatome gezwungen wurden, in die Kristallstruktur der TiO2-Nanopartikel eingebettet zu werden, gemäß ein Blogbeitrag auf der Website von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Aber um zu überprüfen, ob ein so modifiziertes Aerogel tatsächlich die Effizienz der gewünschten chemischen Reaktion insbesondere die Umwandlung von Methanol und Wasser in Wasserstoff erhöhen kann, baute Kwon einen spezialisierten Reaktor. DannSie fügte Wasserdampf und Methanol in das Aerogel ein und bestrahlte die Mischung dann mit einem Paar LED-Lichtern.
Das Ergebnis war eine gasförmige Substanz, die durch die Poren des Aerogels diffundierte, wo sie auf der Oberfläche des TiO2 in den gewünschten Wasserstoff und Palladium-Nanopartikel umgewandelt wurde. Während Kwon das Experiment nach fünf Tagen beendete, blieb die Reaktion während des gesamten Tests stabilProzess wahrscheinlich länger stabil gewesen wäre", sagt Niederberger im ETH-Blogbeitrag. "Gerade im Hinblick auf industrielle Anwendungen ist es wichtig, dass er möglichst lange stabil bleibt."die Erhaltungseffizienz der Reaktion, mit anderen Worten, die Kombination von Aerogelen mit Palladium kann bis zu 70 mal mehr Wasserstoff als andere alternative Mittel. Dies könnte der Beginn einer neuen, fortschrittlicheren Methode zur Herstellung von Wasserstoff im industriellen Maßstab sein, nicht nur als eine Möglichkeit, Autos zu befreien und Flugreisen aus fossilen Brennstoffen, aber auch für größere Stromnetze.