Ein Forschungsteam des Tokyo Institute of Science in Japan hat einen neuartigen farbstoffsensibilisierten Photokatalysator entwickelt. Durch den Ersatz des Metallzentrums in herkömmlichen Materialien durch Osmium wird die Absorption längerer Wellenlängen des sichtbaren Lichts erreicht, wodurch die Effizienz der solaren Wasserstoffproduktion verbessert wird. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *ACS Catalysis* veröffentlicht.

Herkömmliche Katalysatoren für die photokatalytische Wasserspaltung zur Wasserstofferzeugung, wie beispielsweise Ruthenium-basierte Komplexe, absorbieren typischerweise nur kürzere Wellenlängen des sichtbaren Lichts (bis etwa 600 Nanometer), was ihre Nutzung des Sonnenspektrums einschränkt. Um diese Einschränkung zu überwinden, entwickelte und produzierte ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Kazuhiko Maeda und Haruka Yamamoto einen Osmium-basierten Photokatalysator. Dieser Katalysator kann längere Wellenlängen des Lichts bis zu etwa 800 Nanometern absorbieren und erweitert so den spektralen Ansprechbereich deutlich.

Die verbesserte Effizienz der solaren Wasserstoffproduktion beruht auf dem „Schweratom-Effekt“ von Osmium. Professor Maeda erklärte: „Bei der Erweiterung des Lichtabsorptionsbereichs erwies sich Osmium als Schlüsselelement für die Gewinnung von Wellenlängen, die Rutheniumkomplexe nicht nutzen konnten, wodurch sich die Effizienz der Wasserstoffproduktion verdoppelte.“ Dieser Effekt fördert spezifische elektronische Übergänge niedriger Energie, wodurch das System mehr Photonen einfangen und mehr angeregte Elektronen erzeugen kann, was letztendlich eine effizientere Wasserstoffproduktionsreaktion ermöglicht.

Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Umwandlungseffizienz der solaren Wasserstoffproduktion des neuartigen Katalysators doppelt so hoch ist wie die herkömmlicher Ruthenium-basierter Systeme. Diese Eigenschaft, auch bei schwachem Licht eine gute Leistung zu erbringen, macht ihn vielversprechend für den Einsatz in realen solaren Umgebungen. Diese Forschung liefert eine neue Materialgrundlage für die Entwicklung hocheffizienter Photokatalysatoren der nächsten Generation und fördert die Entwicklung von Technologien für erneuerbare Energien.

Weitere Informationen: Autoren: Haruka Yamamoto et al., Titel: „Ladungstransferkinetik in farbstoffsensibilisierten Photokatalysatoren auf Basis von Singulett-Triplett-Anregungen langwelliger Metallkomplexe mit Absorption im sichtbaren Licht“, veröffentlicht in: ACS Catalysis (2025). Zeitschrifteninformationen: ACS Catalysis