Waterstof voor energiegebruik kan op een milieuvriendelijke manier worden gewonnen uit water en zonlicht, met behulp van nanodeeltjes van fotokatalytisch composietpolymeer ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Uppsala. Bij laboratoriumtesten, deze 'polymeerdots' vertoonden zowel veelbelovende prestaties als stabiliteit. Het onderzoek is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Hoe we aan de toekomstige vraag naar duurzame energie moeten voldoen, is een veelbesproken vraag. Een haalbare route is waterstof, die kunnen worden geproduceerd uit hernieuwbare bronnen:water en zonne-energie. Maar het proces vereist zogenaamde fotokatalysatoren. traditioneel, deze zijn gemaakt van op metaal gebaseerde materialen die vaak giftig zijn. In plaats daarvan, een onderzoeksgroep onder leiding van Haining Tian van het Ångström-laboratorium van de Universiteit van Uppsala werkt aan de ontwikkeling van organische fotokatalysatoren van nanoformaat - polymeerstippen - die zowel milieuvriendelijk als kosteneffectief zijn.

Omdat polymeerstippen (Pdots) zo klein zijn, ze zijn gelijkmatig verdeeld in water. Vergeleken met traditionele fotokatalysatoren, dit zorgt voor een groter reactieoppervlak, waardoor er meer licht kan worden opgeslagen in de vorm van waterstofgas. De onderzoeksgroep heeft nu een Pdot ontwikkeld met drie componenten. Bij testen, het deeltje heeft zeer goede katalytische prestaties en stabiliteit getoond.

"Het combineren van verschillende componenten die licht op verschillende golflengten absorberen, is de gemakkelijkste manier om een ​​systeem te creëren waarin alle zichtbare oppervlakken licht vangen. Maar het is een uitdaging om deze componenten goed samen te laten werken in een fotokatalytisch systeem, " zegt Haining Tian, Universitair hoofddocent (docent) van de fysische chemie aan de universiteit van Uppsala.

Om te onderzoeken hoe goed de verschillende componenten samenwerken, Tian en zijn collega's gebruikten spectroscopische technieken waarbij de Pdot gedurende een bepaalde tijd aan licht werd blootgesteld. Zo konden ze volgen hoe fotochemische tussenproducten werden gemaakt en, onder verlichting, verdwenen.

"Het is opwindend om te zien dat zowel ultrasnelle energieoverdracht als elektronenoverdracht plaatsvinden in één deeltje, en dat dit het systeem helpt om gebruik te maken van het licht en de lading voor het katalytische proces te scheiden, " zegt de hoofdauteur van de studie, Aijie Liu, een postdoctoraal onderzoeker bij het Department of Chemistry-Ångström Laboratory.

De onderzoekers zijn erin geslaagd het systeem van driecomponenten-polymeerstippen te optimaliseren, zodat het de omzetting van zonne-energie in waterstof katalyseert met een efficiëntie van 7% bij 600 nanometer (nm). Dit is beduidend beter dan de 0,3% bij 600 nm die door de groep werd verkregen toen ze aan Pdots werkten die uit slechts één component bestonden. Een probleem was eerder dat de fotokatalysatoren voortijdig worden afgebroken, maar nu konden de onderzoekers zelfs na 120 uur testen geen duidelijke degradatie waarnemen.