HomeNieuwsNieuwe designstrategie voor waterstof producerende fotokatalysatoren

Nieuwe designstrategie voor waterstof producerende fotokatalysatoren

Een internationale samenwerking gecoördineerd door wetenschappers aan de Universiteit Twente (TNW/MESA+) heeft geleid tot een nieuwe designstrategie voor waterstof producerende fotokatalysatoren. De auteurs zagen dat het omzeilen van de huidige algemeen geaccepteerde design strategie de waterstofconversie-efficiëntie sterk verbetert. De nieuwe benadering is veelbelovend voor efficiënte directe omzetting van zonlicht in groene brandstof. De resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Chemical Communications.  

FOTOKATALYSE

Directe omzetting van zonlicht in groene brandstof zoals waterstof of methanol is een veelbelovend alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen en wordt intensief bestudeerd. De efficiëntie waarmee door de huidige generatie fotokatalysatoren zonlicht in brandstof wordt omgezet is echter laag. Om deze efficiëntie te verbeteren, is het essentieel om de keten van ultrasnelle processen, geïnitieerd door absorptie van zonlicht, te beheersen. Deze processen kunnen in real-time gevolgd worden door gebruik te maken van geavanceerde optische technieken, gebaseerd op femtoseconde-laserpulsen.

NIEUWE DESIGNSTRATEGIE

Wat er precies gebeurt in de fotokatalysator-nanostructuur direct na lichtabsorptie is heel belangrijk voor de efficiëntie waarmee zonlicht in brandstof wordt omgezet. De fotokatalysator bestaat uit een aantal units, waaronder een licht absorberend deel dat via een brug is verbonden met een katalysator die de brandstof produceert uit bijvoorbeeld water. De huidige fotokatalysatoren zijn zodanig ontworpen dat lichtabsorptie leidt tot een verschuiving van elektrondichtheid van het licht absorberende deel naar de brug, die fungeert als elektronopslagreservoir en zorgt voor toevoer van elektronen naar de naburige katalysator voor waterstofvorming. Deze studie laat zien dat het omzeilen van deze designbenadering de omzetting van zonlicht in waterstof sterk verbetert. De nieuw ontwikkelde strategie is gebaseerd op een elektronopslagreservoir elders in de fotokatalysator; hierdoor worden verliezen die kunnen optreden voordat waterstofvorming plaatsvindt gereduceerd. De sterke verbetering in waterstofoutput die gerealiseerd is, illustreert de mogelijkheden van deze nieuwe benadering.

TEAM

Dit onderzoek is uitgevoerd in de Optical Sciences groep (TNW/MESA+) door PhD student Qing Pan en assistant professor dr. ir. Annemarie Huijser. Het is het resultaat van een zeer internationale samenwerking met groepen in Wenen, Ulm, Giessen, Groningen en Dublin, en is financieel ondersteund door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en de EU-COST Action PERSPECT-H2O.

REFERENTIE

Qing Pan, Leon Freitag, Tanja Kowacs, Jane C. Falgenhauer, Jeroen P. Korterik, Derck Schlettwein, Wesley R. Browne, Mary T. Pryce, Sven Rau, Leticia González, Johannes G. Vos and  Annemarie Huijser

“Peripheral ligands as electron storage reservoirs and their role in enhancement of photocatalytic hydrogen generation”, Chem. Commun., 2016, 52, 9371-9374.

Zie ook http://os.tnw.utwente.nl.