PCN -nanolager under solljus kan klyva vatten. Kredit:Nannan Meng /Tianjin University
En av de stora utmaningarna vid övergången till förnybar energi är att leverera energi även i avsaknad av solljus. Vätgasproduktion genom att klyva vatten med hjälp av solljus skulle kunna erbjuda en lösning. Väte är ett bra energilagringsmedium, och kan användas på många sätt. Dock, katalysatorer behövs för att klyva vatten. Platina används ofta, men det är sällsynt och dyrt. Forskare söker därför mer ekonomiska alternativ. Nu, ett team som leds av Dr. Tristan Petit från HZB, tillsammans med kollegor under ledning av prof. Bin Zhang från Tianjin University, Tianjin, Kina, har gjort viktiga framsteg genom att använda en välkänd klass av metallfria fotokatalysatorer.
Bin Zhang och hans team är specialiserade på syntes av polymera kolnitrider (PCN) som en katalysator för väteproduktion. PCN-molekylerna bildar en struktur som kan jämföras med tunna lager av filodegsdeg – tätt packade ark av detta material packas ihop. De kinesiska kemisterna har nu lyckats separera de enskilda arken från varandra med hjälp av en relativt enkel tvåstegsvärmebehandling-på samma sätt som smördeg skiljer sig i enskilda krispiga lager i ugnen. Värmebehandlingen producerade prover bestående av individuella nanolager med stora porer innehållande olika aminogrupper med specifika funktioner.
Petit och hans team undersökte en serie av dessa PCN-prover vid BESSY II. "Vi kunde bestämma vilka amino- och syresatta grupper som hade deponerats i porerna, "säger doktoranden Jian Ren, medförfattare till publikationen. Forskarna analyserade hur specifika aminogrupper drar elektroner till sig själva, en särskilt gynnsam egenskap för att klyva vatten, och hur nya syrebaserade defekter bildades.
värmebehandling producerade prover bestående av individuella nanolager med stora porer innehållande olika aminogrupper med specifika funktionaliteter. Kredit:Nannan Meng /Tianjin University
I kombination med nickel som en samkatalysator, dessa prover av nanostrukturerad PCN uppvisade faktiskt rekordeffektiv effektivitet, 11 gånger så mycket som normalt PCN vid bestrålning av synligt ljus.
"Detta visar att PCN är en intressant potentiell katalysator för sol-till-väteproduktion, närmar sig effektiviteten hos oorganiska katalysatorer, säger Petit, som är en Volkswagen Foundation Freigeist Fellow. "Vidare, Detta arbete visar också att mjuka röntgenspektroskopier är viktiga verktyg för att reda ut möjliga katalytiskt aktiva platser på fotokatalysatorer."
