Wasserspaltung mit Sonnenlicht: Max-Planck-Forscher arbeiten an neuem Halbleiter

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Max-Planck-Forscher haben einen Katalysator entwickelt, der geeignet scheint, um Sonnenlicht direkt in chemische Energie umzuwandeln, ähnlich wie Pflanzen dies mit der Photosynthese tun. Wie Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Bioanorganische Chemie, Mülheim an der Ruhr in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, spaltet Titandisilicid Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Das Halbleitermaterial diene aber nicht nur als Photokatalysator, sondern speichere die Produktgase und ermögliche dabei eine elegante Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff, heißt es in der Pressemitteilung. “Die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser durch Halbleitermaterialien ist ein wichtiger Beitrag für die Nutzung der Sonnenenergie”, sagt Martin Demuth (Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie, Mülheim an der Ruhr).
“Als Photokatalysatoren geeignete Halbleitermaterialien sind bisher jedoch schlecht verfügbar, haben ungünstige Lichtabsorptionscharakteristika oder zersetzen sich während der Reaktion”, erläutert Demuth. Er und sein Team schlagen nun eine Halbleiterklasse vor, die bisher nicht für solche Zwecke verwendet wurden: Silicide. So habe Titandisilicid (TiSi2) für einen Halbleiter ganz außergewöhnliche opto-elektronische Eigenschaften, die für solartechnische Anwendungen ideal seien. Zudem absorbiere das Material Licht in einem breiten Bereich des Sonnenspektrums, sei sehr gut zugänglich und auch kostengünstig.

Halbleiter als Photokatalysator, Speicher und Separator für Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser

Zu Beginn der Reaktion sorgt eine leichte Oxidbildung am Titandisilicid für die Bildung der notwendigen katalytisch aktiven Zentren. “Unser Katalysator spaltet Wasser mit einem höheren Wirkungsgrad als die meisten anderen Halbleitersysteme, die ebenfalls mit sichtbarem Licht arbeiten,” sagt Demuth. Ein technisch besonders interessanter Aspekt sei die gleichzeitige umkehrbare Wasserstoffspeicherung. Die Speicherkapazität von Titandisilicid sei zwar geringer als bei den sonst üblichen Speichermedien, dafür aber technisch einfacher. Vor allem reichten wesentlich niedrigere Temperaturen für die Freisetzung des gespeicherten Wasserstoffs aus.

Auch der Sauerstoff wird gespeichert, wird aber unter anderen Bedingungen freigesetzt als der Wasserstoff: Temperaturen über 100 °C und Dunkelheit sind dazu notwendig. “Eine elegante Methode zur einfachen und sauberen Trennung der beiden Gase,” erklärt Demuth. Für die Weiterentwicklung und Vermarktung dieser patentierten Prozesse hat Demuth zusammen mit deutschen, amerikanischen und norwegischen Partnern ein Unternehmen mit Sitz in Lörrach gegründet.

01.10.2007 | Quelle: Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie, Mülheim an der Ruhr | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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