Wetenschappers hebben voor het eerst een enkele molecule ontwikkeld die zonlicht efficiënt kan absorberen en ook kan fungeren als een katalysator om zonne-energie om te zetten in waterstof. een schoon alternatief voor brandstof voor bijvoorbeeld voertuigen op gas.

Dit nieuwe molecuul verzamelt energie uit het gehele zichtbare spectrum, en kunnen meer dan 50% meer zonne-energie benutten dan de huidige zonnecellen. De bevinding kan mensen helpen over te stappen van fossiele brandstoffen naar energiebronnen die niet bijdragen aan klimaatverandering.

De onderzoekers schetsten hun bevindingen in een studie die vandaag is gepubliceerd in Natuurchemie . Het onderzoeksteam werd geleid door Claudia Turro, een professor in de chemie en directeur van het Ohio State University Center for Chemical and Biophysical Dynamics.

"Het hele idee is dat we fotonen van de zon kunnen gebruiken en deze kunnen omzetten in waterstof. Simpel gezegd:we besparen de energie uit zonlicht en slaan het op in chemische bindingen, zodat het op een later tijdstip kan worden gebruikt, ' zei Turro.

Fotonen zijn elementaire deeltjes van zonlicht die energie bevatten.

De onderzoekers toonden aan, Voor de eerste keer, dat het mogelijk is om energie te verzamelen uit het gehele zichtbare spectrum van zonlicht, inclusief energiezuinig infrarood, een deel van het zonnespectrum dat voorheen moeilijk te verzamelen was - en te transformeren, snel en efficiënt, in waterstof. Waterstof is een schone brandstof, wat betekent dat het geen koolstof of koolstofdioxide produceert als bijproduct van het gebruik ervan.

"Wat het doet werken, is dat het systeem in staat is om het molecuul in een aangeslagen toestand te brengen, waar het het foton absorbeert en twee elektronen kan opslaan om waterstof te maken, Turro zei. "Deze opslag van twee elektronen in een enkel molecuul afgeleid van twee fotonen, en ze samen gebruiken om waterstof te maken, is ongekend."

Energie van de zon omzetten in zeggen, brandstof voor een auto, vereist eerst een mechanisme om de energie te verzamelen. Die energie moet dan worden omgezet in een brandstof. De conversie vereist iets dat een katalysator wordt genoemd - iets dat een chemische reactie versnelt, waardoor de conversie van zonne-energie naar bruikbare energie zoals waterstof mogelijk is.

De meeste eerdere pogingen om zonne-energie te verzamelen en om te zetten in waterstof waren gericht op de hogere energiegolflengten van zonlicht - denk aan ultraviolette stralen, bijvoorbeeld.

Eerdere pogingen waren ook gebaseerd op katalysatoren die zijn opgebouwd uit twee of meer moleculen, die elektronen uitwisselen - energie - terwijl ze brandstof maken uit zonne-energie. Maar energie gaat verloren in de uitwisseling, waardoor die systemen met meerdere moleculen minder efficiënt zijn.

De weinige pogingen die gebaseerd waren op een katalysator met één molecuul waren ook inefficiënt, Turro zei, deels omdat ze geen energie verzamelden uit het volledige zichtbare spectrum van zonlicht, en deels omdat de katalysatoren zelf snel degradeerden.

Turro's onderzoeksteam ontdekte hoe je een katalysator kunt maken van slechts één molecuul - een vorm van het element rhodium - wat betekent dat er minder energie verloren gaat, ze zei. En ze ontdekten hoe ze energie konden verzamelen van infrarood tot ultraviolet - het hele zichtbare spectrum. Het systeem dat dit onderzoeksteam heeft ontworpen, is bijna 25 keer efficiënter met laagenergetisch nabij-infrarood licht dan eerdere systemen met één molecuul die werken met ultraviolette fotonen, volgens de studie.

In de studie, de onderzoekers gebruikten LED's om licht te laten schijnen op zure oplossingen die het actieve molecuul bevatten. Toen ze dat deden, ze ontdekten dat waterstof werd geproduceerd.

"Ik denk dat het werkt omdat het molecuul moeilijk te oxideren is, " zei ze. "En we moeten hernieuwbare energie hebben. Stel je voor dat we zonlicht zouden kunnen gebruiken voor onze energie in plaats van kolen, gas of olie, wat we kunnen doen om de klimaatverandering aan te pakken."

Voordat de bevindingen van het onderzoeksteam in toepassingen in de echte wereld kunnen worden omgezet, Turro zei, er is nog veel werk aan de winkel. Rhodium is een zeldzaam metaal en het produceren van katalysatoren uit rhodium is duur. Het team werkt aan het verbeteren van dit molecuul om waterstof over een langere periode te produceren en werkt aan het bouwen van de katalysator uit goedkopere materialen.