de.wedoany.com-Bericht: Einem Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Yale University ist es gelungen, ein neuartiges künstliches „Blatt" zu entwickeln, das mit Rekordeffizienz die Photosynthese nachahmt und Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid direkt in den flüssigen Brennstoff Methanol umwandelt. Die Methanolausbeute ist 32-mal höher als bei früheren künstlichen „Blättern" zur Methanolproduktion. Die entsprechende Studie wurde in der neuesten Ausgabe des Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Das neue System vereint die Essenz jahrzehntelanger Forschung des Teams: einen einzigartigen Katalysator und innovative Photoelektroden. Gemeinsam bilden sie einen leistungsfähigeren und schlankeren Umwandlungsweg, der auf breitere Anwendungsszenarien ausgeweitet werden kann.
Das Team hatte zuvor diesen Katalysator entwickelt, der mithilfe elektrischer Energie Kohlendioxid und Wasser in Methanol umwandelt. Das katalytisch aktive Zentrum ist eine einzelne Molekülstruktur aus Cobaltphthalocyanin (oder dessen Derivaten). Sie verankerten diese Molekülstruktur auf der Oberfläche von Kohlenstoffnanoröhren. Kohlenstoffnanoröhren sind extrem stabil, weisen hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeiten auf und können kontinuierlich Elektronen mit hoher Geschwindigkeit zu den katalytischen Zentren transportieren, wodurch Kohlendioxid zu Methanol reduziert wird. Dies ist ein Sechs-Elektronen-Reduktionsprozess, bei dem sechs Elektronen in ein Kohlendioxidmolekül injiziert werden. Vor dieser Entdeckung war der Elektronentransfer auf eine Zwei-Elektronen-Reduktion beschränkt, sodass der molekulare Katalysator Kohlendioxid nur in Produkte wie Kohlenmonoxid umwandeln konnte.
Die Photoelektrode besteht aus einer Reihe von Silizium-Mikrosäulen-Arrays, die mit Fulleren-Kohlenstoff beschichtet sind. Dieses Design ist besonders einfallsreich und vereint eine ideale Geometrie zur Ladungserzeugung und -trennung, maßgeschneiderte Grenzflächen für den Elektronentransfer sowie eine größere Oberfläche zur Verankerung des Katalysators.
Diesmal integrierte das Team die Photoelektrode, den Katalysator und ein multijunction Perowskit-Photovoltaik-Mikromodul zu einem unabhängigen Solarbrennstoff-System und erzielte damit die höchste jemals erreichte Effizienz bei der photoelektrokatalytischen Umwandlung von Kohlendioxid in Methanol auf Siliziumbasis. Die Effizienz der Umwandlung von Licht in Methanol beträgt 0,8 %, was dem 32-fachen des bisherigen Rekords für die Umwandlung von Licht in Alkohol durch künstliche „Blätter" entspricht.
Dieses neuartige „Blatt" kann das für den Klimawandel verantwortliche Kohlendioxid aus der Luft einfangen und den zunehmend geschätzten chemischen Rohstoff und alternativen flüssigen Brennstoff Methanol produzieren, wodurch ein neuer, praktikabler Weg für die Umwandlung und Speicherung von Solarenergie eröffnet wird. Das Team plant, die Struktur dieses neuen „Blatts" weiter zu optimieren, um die Umwandlungseffizienz noch weiter zu steigern.
Dieser Artikel wurde von Wedoany übersetzt und bearbeitet. Bei jeglicher Zitierung oder Nutzung durch künstliche Intelligenz (KI) ist die Quellenangabe „Wedoany“ zwingend vorgeschrieben. Sollten Urheberrechtsverletzungen oder andere Probleme vorliegen, bitten wir Sie, uns unverzüglich zu benachrichtigen. Wir werden den entsprechenden Inhalt umgehend anpassen oder löschen.
E-Mail: news@wedoany.com
