Door de Universiteit van Osaka geleide onderzoekers ontwikkelen een nieuwe metaalvrije fotokatalysator en tonen zichtbare en nabij-infraroodlichtgestuurde productie van waterstof uit water.

Osaka – Waterstof is het meest voorkomende element in het universum, en wordt door velen beschouwd als een potentiële schone brandstof van de toekomst. Water en fossiele brandstoffen bevatten grote hoeveelheden waterstof, maar het ontsluiten van moleculaire diwaterstofbrandstof uit deze bronnen kost veel energie, twijfel zaaien over een toekomstige waterstofeconomie. Water omzetten in waterstof met behulp van zonne-energie zou de weg kunnen banen naar goedkope en schone waterstofbrandstof. Echter, dit proces steunt momenteel op fotokatalysatoren die dure edele metalen bevatten, het beperken van zijn capaciteit.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de universiteit van Osaka hebben een nieuw soort fotokatalysator ontwikkeld voor de productie van waterstof uit water, die niet alleen vrij is van dure metalen, maar ook een breder scala aan zonlicht absorbeert dan ooit tevoren. De groep rapporteerde onlangs hun bevindingen in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"We waren verheugd een goede hoeveelheid waterstof te vinden die is geproduceerd uit water met behulp van onze nieuwe composietfotokatalysator met grafietkoolstofnitride en zwarte fosfor, ", zegt hoofdauteur Tetsuro Majima. "Maar wat we niet hadden verwacht te vinden, was dat zelfs bij gebruik van energiezuinig licht, in het nabij-infrarood, de fotokatalysator bleef waterstof produceren."

zoals grafiet, grafietkoolstofnitride vormt zich in grote platen, maar koolstofnitridevellen hebben ook gaten die kunnen interageren met waterstofmoleculen. Vroeger, fotokatalysatoren op basis van koolstofnitride hebben hulp nodig van edele metalen om waterstof uit water te produceren. De onderzoekers ontdekten dat het metaal vervangen kon worden door een soort fosfor, wat een veel voorkomend en goedkoop element is.

Ze toonden aan dat hun fotokatalysator effectief was voor het produceren van waterstof uit water met behulp van energie van verschillende soorten licht. Het meest ongewoon, zelfs nabij-infraroodlicht met lage energie zou de waterstofproductie kunnen stimuleren.

Studies van de werkende fotokatalysator in de picoseconde tijdschaal onthulden dat sterke interacties tussen het koolstofnitride en zwarte fosfor in het composiet de waterstofproductie bevorderden. Toen de twee materialen afzonderlijk werden getest, energie uit het zonlicht werd snel verdreven en er werd weinig of geen waterstof geproduceerd.

Hoofdauteur Tetsuro Majima zegt:"De waterstofeconomie staat voor heel wat uitdagingen, maar ons werk toont het potentieel aan voor het efficiënt en goedkoop produceren van waterstof uit water met een fotokatalysator op basis van veel voorkomende elementen. Dit is een belangrijke stap om andere op waterstof gebaseerde technologieën economisch en ecologisch levensvatbaar te maken."