Väte för energianvändning kan utvinnas på ett miljövänligt sätt ur vatten och solljus, med hjälp av fotokatalytiska kompositpolymer-nanopartiklar utvecklade av forskare vid Uppsala universitet. I laboratorietester, dessa "polymerprickar" visade både lovande prestanda och stabilitet. Studien har publicerats i Journal of the American Chemical Society .

Hur vi ska möta framtida efterfrågan på hållbar energi är en mycket omdiskuterad fråga. En möjlig väg är väte, som kan produceras från förnybara resurser:vatten och solenergi. Men processen kräver så kallade fotokatalysatorer. Traditionellt, dessa har tillverkats av metallbaserade material som ofta är giftiga. Istället, en forskargrupp ledd av Haining Tian vid Uppsala universitets Ångströmlaboratorium arbetar med att utveckla organiska fotokatalysatorer i nanostorlek – polymerprickar – utformade för att vara både miljövänliga och kostnadseffektiva.

Eftersom polymerprickar (Pdots) är så små, de är jämnt fördelade i vatten. Jämfört med traditionella fotokatalysatorer, detta ger en större reaktionsyta, vilket gör att mer ljus kan lagras i form av vätgas. Forskargruppen har nu tagit fram en Pdot som innehåller tre komponenter. I tester, partikeln har visat mycket god katalytisk prestanda och stabilitet.

"Att kombinera flera komponenter som absorberar ljus vid olika våglängder är det enklaste sättet att skapa ett system där alla synliga ytor fångar ljus. Men att få dessa komponenter att fungera bra tillsammans i ett fotokatalytiskt system är utmanande, säger Haining Tian, Docent (docent) i fysikalisk kemi vid Uppsala universitet.

För att undersöka hur väl de olika komponenterna samverkar, Tian och hans kollegor använde spektroskopiska tekniker där Pdot exponerades för ljus under en viss tid. De kunde således följa hur fotokemiska intermediärer skapades och, under belysning, försvann.

"Det är spännande att se att både ultrasnabb energiöverföring och elektronöverföring sker i en partikel, och att detta hjälper systemet att använda ljuset och separera laddningen för den katalytiska processen, " säger studiens huvudförfattare, Aijie Liu, postdoktor vid Institutionen för kemi—Ångströmlaboratoriet.

Forskarna har lyckats optimera systemet med trippelkomponents polymerprickar så att det katalyserar omvandlingen av solenergi till väte med en verkningsgrad på 7 % vid 600 nanometer (nm). Detta är betydligt bättre än de 0,3 % vid 600 nm som gruppen fick när de arbetade med Pdots som endast består av en komponent. Ett problem har tidigare varit att fotokatalysatorerna bryts ned i förtid, men nu kunde forskarna inte urskilja någon tydlig nedbrytning ens efter 120 timmars testning.