Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professorin Hirona Ito und Professor Masahiro Miyauchi von der Tokyo University of Science (ehemals Tokyo Institute of Technology), Professorin Mio Nakai und Professor Hideyuki Nakano von der Kinki University sowie Professor Takahiro Kondo von der University of Tsukuba hat kürzlich ein neuartiges Material für die Feststoffspeicherung von Wasserstoff entdeckt – geschichtetes Hydrosilan (L-HSi). Dieses Material kann unter Umgebungsbedingungen von Temperatur und Druck allein durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht Wasserstoff freisetzen. Die zugehörigen Forschungsergebnisse wurden online in der Fachzeitschrift Advanced Optical Materials veröffentlicht.
Die derzeit vorherrschenden Technologien für Transport und Speicherung von Wasserstoff weisen erhebliche Engpässe auf: Die Hochdruck-Gasspeicherung hat eine geringe Dichte und Sicherheitsrisiken, während die Flüssigspeicherung sehr niedrige Temperaturen und hohen Energieverbrauch erfordert. Ammoniak hat zwar eine hohe Wasserstoffspeicherdichte, aber sein Dehydrierungsprozess ist energieintensiv und die Substanz selbst ist korrosiv und giftig. Die meisten wasserstoffspeichernden Legierungen im Festzustand haben aufgrund ihres Gehalts an Schwermetallen eine begrenzte gravimetrische Wasserstoffspeicherkapazität. Die Entdeckung von L-HSi bietet einen neuen Ansatz zur Lösung dieser Probleme. Das Material besteht aus Silizium und Wasserstoff im Verhältnis 1:1, weist eine relativ hohe gravimetrische Wasserstoffspeicherkapazität von 3,44 Gew.-% auf und ist ein stabiles Feststoffmaterial, das Wasserstoff sicher speichern kann, ohne komplexe Bedingungen zu benötigen.
Das Team synthetisierte L-HSi-Pulver durch eine Entkalkungsreaktion von CaSi₂ mit Salzsäure. In einer Argon-Atmosphäre bestrahlten die Forscher das Material mit einer Xenon-Lampe, die sichtbares Licht simuliert, und beobachteten erfolgreich die Erzeugung von Wasserstoffstoff bei Raumtemperatur und Normaldruck. Experimente bestätigten, dass L-HSi eine optische Bandlücke von 2,13 eV aufweist, was einer Wellenlänge von etwa 600 nm entspricht und eine effiziente Absorption von sichtbarem Licht ermöglicht. Weitere Erhitzung im Dunkeln und detaillierte spektroskopische Analysen schlossen einen dominierenden photothermischen Effekt aus und bestätigten, dass die Wasserstofffreisetzung auf die Bandlückenanregung des Materials durch Licht zurückzuführen ist. Unter Bestrahlung mit Licht unterhalb von 600 nm Wellenlänge setzte das Material Wasserstoff frei und erreichte bei 550 nm eine maximale Quanteneffizienz von 7,3 %. In Langzeitbestrahlungsexperimenten, bei denen das Material in einem organischen Medium dispergiert war, wurden etwa 46,7 % der gebundenen Wasserstoffatome des L-HSi freigesetzt. Auch die Nutzung von schwachem Sonnenlicht oder LED-Lichtquellen erwies sich als effektiv für die Wasserstoffproduktion.
L-HSi eröffnet als sicherer, leichter und energieeffizienter fester Wasserstoffträger einen völlig neuen technologischen Weg für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff. Seine Eigenschaft, die Wasserstofffreisetzung durch alltägliche Lichtquellen auslösen zu können, verbessert die Anwendungsfreundlichkeit und Sicherheit erheblich. Für die Zukunft kündigte das Forschungsteam an, sich darauf zu konzentrieren, die reversible Wasserstoffspeicherleistung des Materials zu verbessern und seine Herstellung im industriellen Maßstab voranzutreiben, um letztendlich eine kommerzielle Anwendung in praktischen Wasserstoffenergiesystemen zu ermöglichen.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Hirona Ito et al., Titel: „Visible-Light-Driven Hydrogen Release from Layered Hydrosilane“, veröffentlicht in: Advanced Optical Materials (2025). Zeitschrifteninfo: Advanced Optical Materials
