Een op metaal-organische raamwerk (MOF) gebaseerde watersplitsende fotokatalysator, ontwikkeld bij KAUST, heeft onderzoekers een stap dichter bij het genereren van schone waterstofbrandstof met behulp van zonlicht gebracht.

"Het gebruik van zonne-energie om efficiënt groene brandstoffen te maken is het ultieme doel voor veel katalyse-onderzoekers, " zegt Jorge Gascón, directeur van het KAUST Catalysis Center, die het onderzoek leidde. Echter, het blijft een uitdaging om efficiënte, langlevend, goedkope watersplitsende fotokatalysatoren.

In het team van Gascon, het doel is om MOF's te gebruiken om duurzame fotokatalytische watersplitsende materialen te vinden. "We werken met MOF's omdat ze als een LEGO constructiespeelgoed zijn - je hebt verschillende onderdelen waarmee je kunt spelen en variëren om de gewenste eigenschappen te krijgen, " zegt Nikita Kolobov, een lid van het team van Gascon.

MOF's bestaan ​​uit metaalionen die zijn verbonden door op koolstof gebaseerde organische linkers in een zeer regelmatige en herhalende twee- of driedimensionale reeks. Door het metaal en de organische component te variëren, een diverse familie van materialen kan worden gemaakt. "Deze modulariteit maakt MOF's een uitstekend platform voor het ontwikkelen van een fundamenteel begrip van fotokatalytische processen, " zegt Gascon. "We kunnen nieuwe concepten in fotokatalyse evalueren die moeilijk of onmogelijk te ontwikkelen en te evalueren zijn met behulp van andere klassen materialen."

Voor hun laatste werk Gascon, Kolobov, Amandine Cadiau en hun collega's creëerden een MOF die titaniummetaalionen met H . gebruikte ₄ TBA, een organische linker waarvan bekend is dat hij energie absorbeert uit een breed spectrum van zonlicht. Door H . te combineren ₄ TBApy met titanium, het team wilde een materiaal maken dat die energie efficiënt kon gebruiken.

Het titanium in de door licht geactiveerde MOF had de ideale energieniveaus voor het waterstofproductiegedeelte van fotokatalytische watersplitsing, het team liet zien. "Het organische deel van de MOF fungeerde als een antenne die licht verzamelde en die energie doorstuurde naar de metalen knoop, die het activeerde om katalytische transformaties uit te voeren, ' zegt Kolobov.

"Hoewel de waterstofontwikkelingsreactie-activiteit van de nieuwe MOF bescheiden was in vergelijking met sommige anorganische halfgeleiders, zijn prestaties behoren al tot de beste op titanium gebaseerde MOF-materialen, Kolobov zegt. "MOF's staan ​​nog in de kinderschoenen als het gaat om fotokatalytische toepassingen, " voegt hij eraan toe. "Wij geloven dat de modulaire benadering van hun constructie onbeperkte mogelijkheden biedt voor prestatieverbetering, en we zetten de eerste stappen in die richting."

"Elke stap om beter te begrijpen hoe katalysatoren werken onder lichte verlichting is belangrijk, " zegt Gascon. "Ons belangrijkste doel op dit moment is om met nieuwe MOF-structuren te komen die in staat zijn om de algehele watersplitsing efficiënt uit te voeren."