Neues Molekül, das Energie aus dem gesamten sichtbaren Lichtspektrum gewinnen und in Wasserstoffbrennstoff umwandeln kann

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Neues Molekül, das Energie aus dem gesamten sichtbaren Lichtspektrum gewinnen und in Wasserstoffbrennstoff umwandeln kann

Von vhbazanm - 4. Februar 2020

Die Wissenschaftler entwickelten zunächst ein einzelnes Molekül, das Energie aus dem gesamten sichtbaren Lichtspektrum absorbieren kann, was bedeutet, dass es mehr als 50% mehr Energie einfangen kann als aktuelle Solarzellen.

Darüber hinaus kann es als Katalysator für die Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff fungieren, eine saubere Energiealternative für Anwendungen wie gasbetriebene Fahrzeuge.

Der Fund, der diese Woche in veröffentlicht wurde Naturchemiekönnte Menschen helfen, von fossilen Brennstoffen zu Energiequellen zu gelangen, die nicht zum Klimawandel beitragen.

Das Team, das die Entdeckung machte, wurde von Claudia Turro, PhD, Professorin für Chemie an der Ohio State University am Center for Chemical and Biophysical Dynamics, geleitet.

'Die Idee ist, dass wir Photonen der Sonne verwenden und sie in Wasserstoff umwandeln können. Um es einfacher zu machen, sparen wir Sonnenenergie und speichern sie in chemischen Verbindungen, damit wir sie später nutzen können “, sagte Turro.

Photonen sind Elementarteilchen, so dass die Sonne Energie erzeugen kann. Forscher haben zum ersten Mal gezeigt, dass es möglich ist, Energie aus dem gesamten sichtbaren Spektrum des Sonnenlichts zu sammeln, einschließlich niedriger Energie wie Infrarot, einem Teil des Sonnenspektrums, der zuvor schwer zu sammeln und umzuwandeln war Schnell und effizient in Wasserstoff. Wasserstoff ist ein sauberer Kraftstoff, dh er erzeugt nach Gebrauch keinen Kohlenstoff oder Kohlendioxid als Abfall.

'Was es funktioniert, ist, dass das System das Molekül in einen veränderten Zustand versetzen kann, in dem es Photonen absorbiert und zwei Elektronen speichern kann, um Wasserstoff zu erzeugen', sagte Turro. 'Diese Speicherung der beiden Elektronen in einem einzigen Molekül wird von den beiden Photonen abgeleitet und ist beispiellos, wenn sie zusammen zur Herstellung von Wasserstoff verwendet werden.'

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David Monje / Unsplash

Die Umwandlung von Sonnenenergie in Kraftstoff für ein Auto erfordert beispielsweise zuerst einen Mechanismus zum Sammeln dieser Energie. Dann wird diese Energie in Kraftstoff umgewandelt. Die Umwandlung erfordert etwas, das als Katalysator bekannt ist, einen chemischen Reaktionsbeschleuniger, der die Umwandlung von Sonnenenergie in nützliche Energie wie Wasserstoff ermöglicht.

Frühere Versuche, Sonnenenergie zu sammeln und in Wasserstoff umzuwandeln, konzentrierten sich auf lange Energiewellen wie beispielsweise ultraviolette Strahlen.

Zuvor waren sie auch auf Katalysatoren von zwei oder mehr Molekülen angewiesen, die Elektronen (Energie) austauschen, während sie Sonnenenergie tanken. Bei diesem Austausch geht jedoch Energie verloren, wodurch diese Mehrmolekülsysteme weniger effizient sind.

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Die wenigen Versuche, die von Einzelmolekülkatalysatoren abhängen, seien ebenfalls ineffizient, sagte Turro. Zum Teil, weil sie nicht Energie aus dem gesamten sichtbaren Spektrum des Sonnenlichts sammelten, und zum anderen, weil die Katalysatoren selbst schnell abgebaut wurden.

Das Forscherteam von Turro entdeckte, wie ein Einzelmolekülkatalysator - eine Form des Rhodiumelements - hergestellt werden kann, wodurch weniger Energie verloren geht. Zusätzlich entdeckten sie, wie man Infrarot- und Ultraviolettfrequenzenergie, dh das gesamte sichtbare Spektrum, sammelt. Das von diesem Forscherteam entwickelte System ist mit schwachwelligem Licht im nahen Infrarot ungefähr 25-mal effizienter als frühere Systeme, die laut der Studie ein einzelnes Molekül mit ultravioletten Protonen verwendeten.

Millionen Bestäubergarten

In dieser Studie verwendeten die Forscher LED-Licht, um Licht in die Säurelösung zu bringen, die das aktive Molekül enthielt. Als sie das taten, stellten sie fest, dass Wasserstoff produziert wurde.

Bevor diese Entdeckungen in reale Anwendungen umgesetzt werden können, muss noch viel mehr getan werden, sagte Turro. Rhodium ist ein seltenes Metall und die Herstellung von Katalysatoren für diese Verbindung ist mit hohen Kosten verbunden. Das Team arbeitet daran, dass dieses Molekül länger anhaltenden Wasserstoff produziert und einen Katalysator für günstigere Materialien schafft.

Nachdruck von der Ohio State University

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- Übersetzt ins Spanische von Aletheia Jurado

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