Onderzoekers van de Universiteit van Southampton hebben optische vezels omgezet in fotokatalytische microreactoren die water omzetten in waterstofbrandstof met behulp van zonne-energie.

De baanbrekende technologie bedekt de binnenkant van microgestructureerde optische vezelstokken (MOFC's) met een fotokatalysator die - met licht - waterstof genereert die een breed scala aan duurzame toepassingen zou kunnen aandrijven.

Chemici, natuurkundigen en ingenieurs in Southampton hebben hun proof of concept gepubliceerd in ACS Fotonica en zal nu bredere studies opzetten die de schaalbaarheid van het platform aantonen.

De MOFC's zijn ontwikkeld als microfluïdische hogedrukreactoren door elk meerdere capillairen te huisvesten die een chemische reactie over de lengte van het riet doorgeven.

Naast waterstofproductie uit water, het multidisciplinaire onderzoeksteam onderzoekt de fotochemische omzetting van kooldioxide in synthetische brandstof. De unieke methodologie biedt een potentieel haalbare oplossing voor hernieuwbare energie, de eliminatie van broeikasgassen en duurzame chemische productie.

Dr. Matthew Potter, Chemistry Research Fellow en hoofdauteur, zegt:"In staat zijn om door licht geactiveerde chemische processen te combineren met de uitstekende lichtpropagatie-eigenschappen van optische vezels heeft een enorm potentieel. In dit werk laat onze unieke fotoreactor significante verbeteringen in activiteit zien in vergelijking met bestaande systemen. Dit als een ideaal voorbeeld van chemische technologie voor een 21e-eeuwse groene technologie."

Vooruitgang in optische vezeltechnologie heeft een belangrijke rol gespeeld in de telecommunicatie, dataopslag en netwerkmogelijkheden in de afgelopen jaren. Bij dit laatste onderzoek zijn experts betrokken van Southampton's Optoelectronics Research Centre (ORC), onderdeel van het Zepler Instituut voor Fotonica en Nano-elektronica, om gebruik te maken van de ongekende controle van de lichtvoortplanting door de vezels.

De wetenschappers coaten de vezels met titaniumoxide, versierd met palladium nanodeeltjes. Door deze benadering kunnen de gecoate stokken tegelijkertijd dienen als gastheer en katalysator voor de continue indirecte watersplitsing, met methanol als opofferingsreagens.

Dr. Pier Sazio, studie co-auteur van het Zepler Instituut, zegt:"Optische vezels vormen de fysieke laag van het opmerkelijke vier miljard kilometer lange wereldwijde telecommunicatienetwerk, momenteel splitst en breidt zich uit met een snelheid van meer dan Mach 20, d.w.z. ouder dan 14, 000 voet/sec. Voor dit project, we hebben deze buitengewone productiecapaciteit hergebruikt met behulp van faciliteiten hier bij de ORC, om zeer schaalbare microreactoren te fabriceren gemaakt van zuiver silicaglas met ideale optische transparantie-eigenschappen voor fotokatalyse op zonne-energie."

Het nieuwe artikel in het tijdschrift American Chemical Society (ACS) wordt geleid door Matthew, met bijdragen van scheikunde professor Robert Raja, Alice Oakley en Daniel Stewart, Dr. Pier Sazio en Dr. Thomas Bradley van de ORC, en Dr. Richard Boardman van Engineering bij het µ-VIS X-ray Imaging Center.

Het onderzoek bouwt voort op bevindingen van de door de Engineering and Physical Sciences Research Council gefinancierde fotonische vezeltechnologieën voor katalyse van zonnebrandstoffen (EP/N013883/1).

Professor Robert Raja, studie co-auteur en hoogleraar materiaalchemie en katalyse, zegt:"In de afgelopen 15 jaar we hebben een pioniersrol gespeeld in de ontwikkeling van een voorspellend platform voor het ontwerp van multifunctionele nanokatalysatoren en we zijn verheugd dat deze samenwerking met de ORC zal leiden tot multischaalontwikkelingen in fotonica en katalyse."