Ein Forschungsteam des Tokyo Institute of Science hat einen neuartigen farbstoffsensibilisierten Photokatalysator entwickelt, der längere Wellenlängen des sichtbaren Lichts absorbieren und so Sonnenenergie effizienter in Wasserstoff umwandeln kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Photokatalysatoren zeigt dieser neue Katalysator unter den gegebenen Versuchsbedingungen eine höhere Wasserstoffausbeute.

Die Forschungsarbeit, geleitet von Professor Kazuhiko Maeda und Doktorand Haruka Yamamoto am Tokyo Institute of Science, wurde in der Fachzeitschrift *ACS Catalysis* veröffentlicht. Das Forschungsteam ersetzte das in herkömmlichen farbstoffsensibilisierten Photokatalysatoren üblicherweise verwendete Ruthenium-Metallzentrum durch Osmium und entwickelte so einen neuen Katalysator, der sichtbares Licht mit Wellenlängen von über 600 Nanometern bis zu etwa 800 Nanometern absorbieren kann. Durch diese Veränderung kann der Katalysator einen breiteren Bereich des Sonnenspektrums nutzen, mehr angeregte Elektronen erzeugen und dadurch die Wasserstoffausbeute verbessern.

Herkömmliche farbstoffsensibilisierte Photokatalysatoren verwenden typischerweise Rutheniumkomplexe als photosensitive Farbstoffe, absorbieren aber hauptsächlich kurzwelliges sichtbares Licht. Kazuhiko Maeda erklärte: „Farbstoffsensibilisierte Photokatalysatoren verwenden üblicherweise Rutheniumkomplexe als photosensitive Farbstoffe. Rutheniumbasierte Komplexe absorbieren jedoch im Allgemeinen nur kurzwelliges sichtbares Licht mit einer maximalen Absorptionswellenlänge von 600 nm.“ Das Forschungsteam förderte den energiearmen elektronischen Übergang von der Singulett- zur Triplett-Anregung durch die Nutzung des Schweratom-Effekts von Osmium und erreichte so die effektive Erfassung und Nutzung längerwelliger Lichtwellen.

Maeda betonte weiter: „Bei der Erweiterung des Lichtabsorptionsbereichs erwies sich Osmium als Schlüsselelement für die Gewinnung von Wellenlängen, die Rutheniumkomplexe nicht nutzen können, wodurch die Effizienz der Wasserstoffproduktion verdoppelt wurde.“ Diese gesteigerte Effizienz bedeutet, dass der Katalysator auch unter schwachen oder gestreuten Lichtverhältnissen ein hohes Leistungspotenzial aufweisen kann. Dies ist von großer Bedeutung für Anwendungen wie die künstliche Photosynthese, die auf realen Sonneneinstrahlungsbedingungen basieren.

Diese Forschung liefert neue Ansätze für die Entwicklung von Photokatalysatoren der nächsten Generation, die das Sonnenspektrum besser nutzen können. Die Forscher gaben an, dass diese Arbeit die Grundlage für eine effizientere solare Wasserstoffproduktionstechnologie legt.

Weitere Informationen: Autoren: Haruka Yamamoto et al., Titel: „Charge transfer kinetics in dye-sensitized photocatalysts based on singlet-triplet excitations of long-wavelength visible light-absorbing metal complex sensitizers“, veröffentlicht in: ACS Catalysis (2025). Zeitschrifteninformationen: ACS Catalysis