Waterstof is in opkomst als een populair milieuvriendelijk alternatief voor fossiele brandstoffen vanwege de koolstofneutrale verbrandingsproducten (water, elektriciteit en warmte) en wordt beschouwd als de brandstof van de volgende generatie voor een emissievrije samenleving. De belangrijkste bron van waterstof zijn echter, ironisch genoeg, fossiele brandstoffen.

Een manier om waterstof op een schone en duurzame manier te produceren, is door middel van watersplitsing door zonlicht. Het proces, bekend als "foto-elektrochemische (PEC) watersplitsing" is de basis van de werking van organische fotovoltaïsche cellen. Wat deze methode aantrekkelijk maakt, is dat het 1) massaproductie van waterstof in beperkte ruimte mogelijk maakt zonder een rastersysteem en 2) zeer efficiënte omzetting van zonne-energie naar waterstof.

Ondanks dergelijke voordelen hebben de fotoactieve materialen die in conventionele PEC's worden gebruikt echter niet de eigenschappen die nodig zijn voor een commerciële omgeving. In dit opzicht zijn organische halfgeleiders (OS's) naar voren gekomen als een potentieel foto-elektrodemateriaal voor commerciële PEC-waterstofproductie vanwege hun hoge prestaties en goedkope afdrukken. Maar aan de andere kant hebben besturingssystemen last van een slechte chemische stabiliteit en een lage fotostroomdichtheid.

Nu heeft een team van onderzoekers onder leiding van prof. Sanghan Lee van het Gwangju Institute of Science and Technology, Korea, dit probleem misschien eindelijk opgelost. In hun recente doorbraak die verscheen op de voorpagina van het Journal of Materials Chemistry A , heeft het team een ​​aanpak aangenomen die gebaseerd is op het inkapselen van de OS-fotokathode in met platina versierde titaniumfolie, een techniek die bekend staat als "metaalfolie-inkapseling", om blootstelling aan de elektrolytoplossing te voorkomen.

"De inkapseling van metaalfolie is een krachtige benadering voor het realiseren van stabiele op het besturingssysteem gebaseerde fotokathoden op lange termijn, omdat het de penetratie van elektrolyten in het besturingssysteem helpt belemmeren, waardoor hun stabiliteit op lange termijn wordt verbeterd, zoals is aangetoond in onze eerdere onderzoeken en andere rapporten over besturingssysteem -gebaseerde foto-elektroden", legt prof. Lee uit.

Het team fabriceerde een organische fotovoltaïsche cel, waarin de OS-fotokathode was bedekt met titaniumfolie en goed verspreide platina-nanodeeltjes. Bij het testen vertoonde de OS-fotokathode een aanvangspotentiaal van 1 V versus de omkeerbare waterstofelektrode (RHE) en een fotostroomdichtheid van -12,3 mA cm ^-2 bij 0 V_RHE . Het meest opmerkelijke was dat de cel een recordstabiliteit vertoonde, waarbij 95,4% van de maximale fotostroom gedurende meer dan 30 uur werd behouden zonder enige merkbare verslechtering van het besturingssysteem. Verder testte het team de module onder echt zonlicht en was in staat om waterstof te produceren.

De zeer stabiele en efficiënte PEC-module die in dit onderzoek is ontwikkeld, kan grootschalige productie van waterstof mogelijk maken en innovatieve routes inspireren voor het bouwen van toekomstige waterstoftankstations. "Met de groeiende dreiging van de opwarming van de aarde, is het absoluut noodzakelijk om milieuvriendelijke energiebronnen te ontwikkelen. De PEC-module die in ons onderzoek is onderzocht, zou kunnen worden geïnstalleerd in waterstoftankstations, waar waterstof tegelijkertijd in massa kan worden geproduceerd en verkocht, " zegt prof. Lee. + Verder verkennen

Een strategie om watersplitsende foto-elektroden te stabiliseren voor de productie van zonne-naar-waterstof