de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Yale University hat ein solarbetriebenes künstliches Blattsystem entwickelt, das ohne externe Stromversorgung vollständig auf Sonnenlicht angewiesen ist und Kohlendioxid sowie Wasser direkt in Methanol umwandelt. Dies bietet einen neuen technologischen Ansatz für die künstliche Photosynthese.
Im Gegensatz zu früheren molekularen Katalysesystemen, die nur einfache Produkte wie Kohlenmonoxid erzeugen konnten, realisiert dieses Gerät die Methanolsynthese über einen komplexen Sechs-Elektronen-Reaktionsweg. Die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in Methanol ist deutlich höher als bei vergleichbaren künstlichen Blattsystemen. Der flüssige Brennstoff kann langfristig gelagert und über die bestehende Infrastruktur transportiert werden, was der Technologie einen zusätzlichen Vorteil verleiht.
Das Projekt wird von der Yale University geleitet, in Zusammenarbeit mit der University of North Carolina-Chapel Hill, der North Carolina State University und der University of Pennsylvania. Die Forschungsarbeit dient auch dem übergeordneten Ziel des bundesgeförderten „Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels“ (CHASE).
Der katalytische Kern dieses künstlichen Blattsystems vereint zwei Technologien, die über mehrere Jahre vom Team um den Yale-Chemieprofessor Hailiang Wang entwickelt wurden. Die erste Innovation ist ein 2019 vorgestellter Spezialkatalysator, der durch die Anbindung von Cobalt-Phthalocyanin-Molekülen an Kohlenstoffnanoröhren hergestellt wird. Die Kohlenstoffnanoröhren fungieren als „Elektronenautobahn“, die die aktiven Zentren kontinuierlich mit Elektronen versorgt. Der zweite Durchbruch ist eine neuartige Photoelektrode, die von dem Doktoranden Bo Shang entwickelt wurde. Sie besteht aus winzigen Siliziumsäulen, die mit einem Fulleren-Kohlenstoffmaterial beschichtet sind, wodurch die Ladungstrennung und der Elektronentransport verbessert sowie die Reaktionsoberfläche vergrößert wird.
Das Forschungsteam gibt an, dass diese beiden Teilsysteme zusammen eine der effizientesten bisher berichteten siliziumbasierten photoelektrokatalytischen Methanol-Umwandlungsanlagen darstellen. Bo Shang, der fünf Jahre lang im Rahmen des CHASE-Programms an der Entwicklung dieses unabhängigen Systems beteiligt war, erklärte, dass aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid ein nutzbarer Brennstoff erzeugt wurde.
Derzeit optimiert das Team das Design des künstlichen Blatts weiter, um Effizienz und Haltbarkeit zu verbessern. Die Technologie könnte in Zukunft die industrielle Kohlenstoffrückgewinnung unterstützen und emissionsärmere, erneuerbare flüssige Brennstoffe für den Verkehrs- und Industriesektor bereitstellen. Die Wissenschaftler räumen ein, dass vor einer kommerziellen Nutzung noch erhebliche technische Hürden zu überwinden sind, doch das Ergebnis zeigt einen gangbaren Weg für die technische Photosynthese vom Labor hin zu einer skalierbaren Energietechnologie auf.
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