Waterstof als brandstofbron, in plaats van koolwaterstoffen zoals olie en steenkool, biedt veel voordelen. Het verbranden van waterstof produceert onschadelijk water met het potentieel om de uitstoot van kooldioxide en hun milieubelasting te elimineren. Op zoek naar technologieën die kunnen leiden tot een doorbraak in het bereiken van een waterstofeconomie, een belangrijk punt is het goedkoop maken van waterstof. Het gebruik van katalysatoren om water te splitsen is de ideale manier om waterstof te genereren, maar daarvoor is meestal een energie-input nodig van andere chemicaliën, elektriciteit, of een deel van het zonlicht dat voldoende energie heeft.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka een nieuw katalytisch systeem ontwikkeld om water efficiënt te splitsen en waterstof te maken met energie uit normaal zonlicht. Hun studie werd onlangs gerapporteerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .

"Het was niet mogelijk om zichtbaar licht te gebruiken voor fotokatalyse, maar onze benadering van het combineren van nanogestructureerde zwarte fosfor voor waterreductie tot waterstof en bismutvanadaat voor wateroxidatie tot zuurstof laat ons gebruik maken van een breed bereik van het zonnespectrum om waterstof en zuurstof te maken met ongekende efficiëntie, " zegt hoofdauteur Mingshan Zhu.

Zwarte fosfor heeft een vlakke, tweedimensionale structuur vergelijkbaar met die van grafeen en absorbeert sterk licht over het hele zichtbare spectrum. De onderzoekers combineerden de zwarte fosfor met bismutvanadaat, wat een bekende wateroxidatiekatalysator is.

Op dezelfde manier waarop planten elektronen pendelen tussen verschillende structuren in natuurlijke fotosynthese om water te splitsen en zuurstof te maken, de twee componenten van deze nieuwe katalysator zouden door zonlicht aangeslagen elektronen snel kunnen overbrengen. De hoeveelheden van de twee componenten werden ook geoptimaliseerd in de katalysator, wat leidt tot de productie van waterstof- en zuurstofgassen in een ideale 2:1 verhouding.

Co-auteur Tetsuro Majima zegt:"De realisatie van waterstofproductie op basis van zonlicht is het fundament van een op waterstof georiënteerde samenleving. Onze bijdrage overwint een belangrijke hindernis, maar er moet nog veel werk worden verzet om van waterstof in de toekomst een praktische brandstofbron te maken."