Producerer mere bæredygtigt brint med sammensatte polymerprikker

Brint til energiforbrug kan udvindes på en miljøvenlig måde fra vand og sollys, ved hjælp af fotokatalytiske kompositpolymer nanopartikler udviklet af forskere ved Uppsala Universitet. I laboratorieundersøgelser, disse 'polymer prikker' viste lovende ydeevne og stabilitet. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Hvordan vi skal imødekomme fremtidig efterspørgsel efter bæredygtig energi er et meget omdiskuteret spørgsmål. En mulig vej er brint, som kan produceres fra vedvarende ressourcer:vand og solenergi. Men processen kræver det, der er kendt som fotokatalysatorer. Traditionelt set disse er lavet af metalbaserede materialer, der ofte er giftige. I stedet, en forskergruppe ledet af Haining Tian ved Uppsala Universitets Ångström Laboratory arbejder på at udvikle organiske fotokatalysatorer i nanostørrelse-polymerprikker-designet til at være både miljøvenlige og omkostningseffektive.

Da polymerprikker (Pdots) er så små, de er jævnt fordelt i vand. Sammenlignet med traditionelle fotokatalysatorer, dette giver en større reaktionsoverflade, hvilket betyder, at der kan lagres mere lys i form af hydrogengas. Forskningsgruppen har nu udviklet en Pdot, der indeholder tre komponenter. I test, partiklen har vist meget god katalytisk ydeevne og stabilitet.

"At kombinere flere komponenter, der absorberer lys ved forskellige bølgelængder, er den letteste måde at skabe et system, hvor alle de synlige overflader fanger lys. Men at få disse komponenter til at fungere godt sammen i et fotokatalytisk system er udfordrende, "siger Haining Tian, Lektor (Fysisk Kemi) ved Uppsala Universitet.

For at undersøge, hvor godt de forskellige komponenter fungerer sammen, Tian og hans kolleger brugte spektroskopiske teknikker, hvor Pdot blev udsat for lys i et bestemt tidsrum. De var således i stand til at følge, hvordan fotokemiske mellemprodukter blev skabt og, under belysning, forsvandt.

"Det er spændende at se, at både ultrahurtig energioverførsel og elektronoverførsel finder sted i en partikel, og at dette hjælper systemet med at gøre brug af lyset og adskille ladningen til den katalytiske proces, "siger undersøgelsens hovedforfatter, Aijie Liu, en postdoktor ved Institut for Kemi - Ångström Laboratorium.

Det er lykkedes forskerne at optimere systemet med trippelkomponentpolymerpunkter, så det katalyserer omdannelsen af ​​solenergi til brint med en 7% effektivitet ved 600 nanometer (nm). Dette er betydeligt bedre end de 0,3% ved 600 nm, som gruppen opnåede, da de arbejdede på Pdots bestående af kun en komponent. Et problem har tidligere været, at fotokatalysatorerne nedbrydes for tidligt, men nu var forskerne ikke i stand til at skelne nogen tydelig nedbrydning, selv efter 120 timers test.