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Team wandelt Wasser mithilfe der Photosynthese in Wasserstoff um

Wir stehen kurz vor einer wirtschaftlich realisierbaren Wasserstoffumwandlung.

Mit dem globalen Wirtschaftswachstum steigt der Bedarf an mehr Energie. Aber unser Planet steht kurz davor, den Wegen unserer Verwandten zu erliegen. Genau in dieser Szene kommen effiziente und umweltfreundliche Energielösungen ins Spiel.

Wissenschaftler des Israel Institute of Technology haben eine Solar-Kraftstoff-Umwandlungstechnik mit Rekordeffizienz entwickelt. Ihre Idee ist es, die Mechanismen der Photosynthese zu implementieren, um die Energieumwandlungseffizienz auf ein neues Niveau zu heben.

Ph.D. Lilac Amirav der Hauptprüfer der Studie sagt "Wir wollen ein photokatalytisches System herstellen, das Sonnenlicht verwendet, um chemische Reaktionen von umweltrelevanter Bedeutung zu steuern." Sie und ihre Gruppe am Israel Institute of Technology sind dabei, a Photokatalysator das kann Wasserstoff entfernen und von Wasser isolieren.

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Sie erklärt: "Wenn wir unsere stabförmigen Nanopartikel in Wasser legen und Licht auf sie werfen, erzeugen sie positive und negative elektrische Ladungen" und fügt hinzu: "Die Wassermoleküle brechen; die negativen Ladungen produzieren Wasserstoff Reduktion und die positivenLadungen erzeugen Sauerstoff Oxidation. Die beiden Reaktionen, an denen die positiven und negativen Ladungen beteiligt sind, müssen gleichzeitig stattfinden. positive Ladungen die negativen Ladungen können nicht zur Erzeugung des gewünschten Wasserstoffs geleitet werden "

Obwohl, wie wir alle wissen, Gegensätze sich anziehen. Wenn die positiven und negativen Ladungen eine Möglichkeit zur Verschmelzung finden, schließen sie sich gegenseitig aus und lassen uns nichts übrig. Daher ist es notwendig, Partikel mit unterschiedlichen Ladungseigenschaften zu halten.

Zu diesem Zweck hat das Team einzigartige Heterostrukturen entwickelt, die neben Metall- und Metalloxidkatalysatoren auch verschiedene Halbleiter enthalten. Sie haben ein Modellsystem zur Untersuchung der Oxidation und Reduktion erstellt und ihre Heterostrukturen für eine bessere Leistung optimiert.

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In einer Studie von 2016 entwarf dasselbe Team eine weitere Heterostruktur. Der Cadmium-Selenid-Quantenpunkt an einem Ende zog eine positive Ladung an, während sich auf der anderen Seite eine negative Ladung anhäufte.

Amirav sagte: "Durch Anpassen der Größe des Quantenpunkts und der Länge des Stabes sowie anderer Parameter wurde eine 100% ige Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff durch Wasserreduktion erreicht." In diesem System konnte ein einzelnes Photokatalysator-Nanopartikel verwendet werden360.000 Wasserstoffmoleküle pro Stunde ausstoßen.

In dieser älteren Studie wurde jedoch nur der Reduktionsteil der Reaktion untersucht. Für einen funktionierenden Solar-Brennstoff-Wandler müssen wir auch den anderen Teil, die Oxidation, behandeln. Amirav bemerkt: "Wir haben keine Sonnenenergie umgewandeltnoch in Treibstoff ", und erläutert," wir brauchten noch eine Oxidationsreaktion, die dem Quantenpunkt kontinuierlich Elektronen liefert. "

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Es ist eine große Herausforderung, den Wasseroxidationsprozess zu durchlaufen, da er mehrere Schritte umfasst. Außerdem verzerren die Nebenprodukte der Reaktionen mit dem Ergebnis, indem sie die Stabilität des Halbleiters beeinträchtigen.

In ihrer neuesten Studie haben sie einen anderen Ansatz gewählt. Dieses Mal verwendeten sie anstelle von Wasser eine Verbindung namensBenzylamin für den Oxidationsteil. Auf diese Weise wird Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff reduziert, während Benzylamin in Benzaldehyd umgewandelt wird. Die US-Energieabteilung definiert 5 bis 10 Prozent als "praktische Durchführbarkeitsschwelle". Die maximale Effizienz dieser Methode wurde gemessen4,2%. Die Forscher suchen nach anderen Verbindungen, die sich als lebensfähig erweisen könnten.

Solar-Chemie Umwandlung. Mit AI auf ihrer Seite suchen sie nach Verbindungen, die gut zu diesem Prozess passen. Amirav merkt an, dass dieser Prozess bisher fruchtbar war. Werbung

Die Ergebnisse der Studie werden auf der

Herbst 2020 Meeting und Expo der American Chemical Society natürlich virtuell. Werbung

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