EPFL-wetenschappers genereren zuurstof uit zonlicht, water en halfgeleidende polymeren. Ze bieden een veelbelovende weg naar een economische en schaalbare productie van zonnebrandstof.

Natuurlijke fotosynthese evolueerde om water en zonlicht om te zetten in zuurstof (O ₂ ) en opgeslagen chemische energie. In planten is dit proces niet erg efficiënt, de mogelijkheid om zonlicht op een economische en wereldwijd schaalbare manier om te zetten in chemische brandstof is echter een zeer aantrekkelijke methode om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Als zodanig, wetenschappers zijn al tientallen jaren op zoek naar routes naar efficiënte en goedkope nabootsingen van natuurlijke fotosynthese. Het blijkt dat de O ₂ productiestap is behoorlijk lastig en blijft een grote uitdaging voor kunstmatige fotosynthese.

Nutsvoorzieningen, in een recent rapport gepubliceerd in Natuur Katalyse , Prof. Kevin Sivula en zijn medewerkers in het Laboratory for Molecular Engineering of Optoelectronic Nanomaterials (LIMNO) bij EPFL beschrijven een mengsel van halfgeleidende polymeren, algemeen bekend als plastic elektronica, die zeer efficiënte door zonne-energie aangedreven wateroxidatie aantoont (H ₂ O → O ₂ ).

In vergelijking met eerder gerapporteerde systemen, die gebruik maken van anorganische materialen zoals metaaloxiden of silicium en niet hebben voldaan aan de prestatie- en kostenvereisten voor industrialisatie, de polymere materialen die in dit nieuwe werk worden vermeld, hebben moleculair afstembare eigenschappen, en zijn in oplossing verwerkbaar bij lage temperatuur, waardoor grootschalige fabricage van apparaten tegen lage productiekosten mogelijk is.

De doorbraak van het EPFL-team werd gerealiseerd door de eigenschappen van de polymeren af ​​te stemmen op de vereisten van de wateroxidatiereactie en door ze samen te voegen tot wat een "bulk heterojunction" (BHJ) -mengsel wordt genoemd dat de efficiëntie van de door zonne-energie aangedreven katalysator verder verbetert. reactie. Door ook de geleiding van de elektronische ladingen in het apparaat te optimaliseren door gebruik te maken van zorgvuldig ontworpen interfaces, ze realiseerden de eerste demonstratie van een wateroxiderende "foto-anode" op basis van een BHJ-polymeermengsel dat tot nu toe een benchmarkprestatie vertoont - twee orden van grootte beter dan eerdere organische apparaten. Bovendien, het team identificeerde de belangrijkste factoren die van invloed zijn op de robuuste prestaties van O ₂ productie, die zullen helpen bij het definiëren van paden voorwaarts om de prestaties verder te verbeteren.

Dankzij het potentieel van deze aanpak, het systeem dat is ontwikkeld door prof. Kevin Sivula en collega's zou een aanzienlijke bijdrage kunnen leveren aan het bevorderen van het gebied van op polymeren gebaseerde elektronica en het opzetten van een veelbelovende route naar economische, efficiënt, en schaalbare zonne-brandstofproductie door kunstmatige fotosynthese.