Et kunstigt blad lavet af halvledende polymerer

EPFL-forskere genererer ilt fra sollys, vand og halvledende polymerer. De præsenterer en lovende vej mod økonomisk og skalerbar produktion af solbrændstof.

Naturlig fotosyntese udviklede sig til skjult vand og sollys til ilt (O ₂ ) og lagret kemisk energi. I planter er denne proces ikke særlig effektiv, muligheden for at omdanne sollys til kemisk brændsel på en økonomisk og globalt skalerbar måde er dog en meget attraktiv metode til at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer. Som sådan, forskere har søgt efter ruter til effektiv og billig efterligning af naturlig fotosyntese i årtier. Det viser sig, at O ₂ produktionstrin er ret vanskeligt og er fortsat en stor udfordring i forhold til kunstig fotosyntese.

Nu, i en nylig rapport offentliggjort i Naturkatalyse , Prof. Kevin Sivula og hans medarbejdere i Laboratory for Molecular Engineering of Optoelectronic Nanomaterials (LIMNO) ved EPFL beskriver en blanding af halvledende polymerer, almindeligvis kendt som plastikelektronik, der demonstrerer højeffektiv soldrevet vandoxidation (H ₂ O → O ₂ ).

Sammenlignet med tidligere rapporterede systemer, som anvender uorganiske materialer såsom metaloxider eller silicium og ikke har opfyldt ydeevne- og omkostningskravene til industrialisering, de polymere materialer rapporteret i dette nye arbejde har molekylært afstembare egenskaber, og kan behandles i opløsning ved lav temperatur, tillader fremstilling af enheder i stor skala til lave produktionsomkostninger.

EPFL-teamets gennembrud blev realiseret ved at tune polymerernes egenskaber til at matche kravene til vandoxidationsreaktionen og ved at samle dem til det, der kaldes "en bulk heterojunction" (BHJ) blanding, der yderligere forbedrer effektiviteten af ​​den soldrevne katalytikum reaktion. Ved også at optimere ledningen af ​​de elektroniske ladninger i enheden ved at bruge omhyggeligt konstruerede grænseflader, de realiserede den første demonstration af en vandoxiderende "foto-anode" baseret på en BHJ-polymerblanding, der udviser en benchmark-ydeevne til dato - udfører to størrelsesordener bedre end tidligere organisk-baserede enheder. I øvrigt, holdet identificerede nøglefaktorer, der påvirker den robuste præstation af O ₂ produktion, som vil hjælpe med at definere veje frem for yderligere at forbedre ydeevnen.

I kraft af potentialet i denne tilgang, systemet udviklet af prof. Kevin Sivula og kolleger kunne bidrage væsentligt til at fremme området for polymerbaseret elektronik og etablere en lovende vej mod økonomisk, effektiv, og skalerbar solbrændstofproduktion ved kunstig fotosyntese.