NIR-drevet H2-udvikling fra vand:Udvidet bølgelængdeområde for konvertering af solenergi

Hydrogengas er et lovende "grønt" brændstof. Det letteste kemiske element, brint er en effektiv energilagring og kan potentielt erstatte benzin i køretøjer. Imidlertid, elementet findes ikke i store mængder i naturen, og skal fremstilles kunstigt.

Hydrogen kan dannes ved at splitte vand (H2O) i hydrogen (H2) og ilt (O2). Der er mange måder at gøre dette på, men blandt de reneste - derfor mest attraktive - er at bruge solceller. Disse enheder fanger solens energi til at drive den vandopdelende reaktion.

Sollys kommer i et spektrum, hvor hver farve har en anden bølgelængde. Solceller skal absorbere lys med bestemte bølgelængder, afhængigt af hvor meget energi cellen har brug for for at drive reaktionen. Jo mere af spektret det fanger, jo mere brint det producerer. Desværre, de fleste celler absorberer kun kortere lysbølgelængder, svarende til området med højere energi af synligt lys under det røde lys domæne. Det betyder, at mens farver som blå og grønt lys kan bruges, resten er spildt.

Nu, forskere ved Kyushu University i Japan og dets Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER) har potentielt løst dette problem. De opfandt en enhed drevet af nær -infrarødt (NIR) lys - den del af spektret, usynlig for det blotte øje, med bølgelængder længere end synligt rødt lys. Dermed, de muliggjorde et bredere spektrum af lys, herunder UV, synlig, og NIR, der skal høstes. Deres design udnytter smart rutheniums kemi, et tungmetal relateret til jern. Deres præstation blev rapporteret i Angewandte Chemie International Edition .

Særlige metal-organiske hybridmaterialer er gode til at fange lys, som hjælper deres elektroner med at "springe" ind i orbitaler i de organiske dele af materialerne, der er fastgjort til metalcentret. I solceller, dette er det første trin i produktionen af ​​brint, da elektroner er drivkræfterne for kemi. Imidlertid, springet mellem orbitaler er normalt så stort, at kun UV og området med højere energi i synligt lys har energi nok til at stimulere det. Rød, NIR, og endnu længere IR -lys reflekteres ganske enkelt tilbage eller passerer gennem enhederne, og deres energi forbliver ubrugt.

Kyushu -designet er anderledes. "Vi introducerede nye elektronorbitaler i rutheniumatomerne, "forklarer den tilsvarende forfatter professor Ken Sakai." Det er som at tilføje trin til en stige - nu har elektronerne i ruthenium ikke så langt at hoppe, så de kan bruge lavere lysenergier, såsom rødt og NIR. Dette fordobler næsten mængden af ​​sollysfotoner, vi kan høste. "

Tricket er at bruge en organisk forbindelse - sekskantede ringe af kulstof og nitrogen - til at forbinde tre metalatomer til et enkelt molekyle. Faktisk, dette skaber ikke kun disse nye "trin" - dermed evnen til at bruge rødt og NIR -lys - men gør også reaktionen mere effektiv på grund af rumlig ekspansion af den lyshøstende del af molekylet. Dermed, produktionen af ​​brint accelereres.

"Det har taget årtiers indsats på verdensplan, men det er endelig lykkedes os at drive vandreduktion til at udvikle H2 ved hjælp af NIR, "Sakai siger." Vi håber, at dette kun er begyndelsen - jo mere vi forstår kemien, jo bedre vi kan designe enheder til at gøre rent, hydrogenbaseret energilagring en kommerciel virkelighed. "