Die Wasserstoffproduktion aus Wasser wurde umfassend erforscht, um sie als Kraftstoffalternative zu nutzen. Obwohl dies die Umweltverschmutzung reduzieren soll, sind die meisten Verfahren weniger effizient und erzeugen hohe CO2-Emissionen. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass MOF die photokatalytische Wasserstoffproduktion fördern kann.
In Zusammenarbeit mit Prof. Kyriakos Stylianou vom College of Science der Oregon State University hat sein Forschungsteam einen Photokatalysator entwickelt, der eine schnelle und effiziente Wasserstoffproduktion ermöglicht . Die Forschungsergebnisse zeigen , dass dieses neue Verfahren einen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und zur Bekämpfung des Klimawandels leisten kann.
Professor Stylianou sagte: „Diese Studie unterstreicht das Potenzial von aus MOFs gewonnenen Metalloxid-Heteroübergängen als Photokatalysatoren für die praktische Wasserstoffproduktion und trägt damit zur Entwicklung nachhaltiger und effizienter Energielösungen bei.“
Highlights
- Innerhalb einer Stunde produzierte ein Gramm RTTA-1 mehr als 1 Mikromol Wasserstoff.
- Der Prozess nutzte Photonen mit einer beeindruckenden Rate von 10 %, was bedeutet, dass jedes 10. von 100 Photonen, die auf RTTA-1 trafen, zur Wasserstoffproduktion beitrug.
In dieser Studie verwendeten die Forscher ein MOF, um eine Metalloxid-Heteroverbindung zu entwickeln. Die entwickelte Heteroverbindung ist eine Kombination aus zwei Materialien mit komplementären Eigenschaften. Damit entsteht ein Katalysator, der unter Sonneneinstrahlung Wasser effizient und schnell in Wasserstoff spaltet.
Sie bezeichnen diese Heteroverbindung als RTTA und sie besteht aus MOF-abgeleitetem Rutheniumoxid und Titanoxid. Diese Oxide sind mit Stickstoff und Schwefel dotiert. Nach dem Testen mehrerer RTTAs mit unterschiedlichen Oxidmengen fanden sie einen Gewinner.
Professor Stylianou sagte: „Unter den verschiedenen RTTA-Materialien wies RTTA-1 mit dem niedrigsten Rutheniumoxidgehalt die schnellste Wasserstoffproduktionsrate und eine hohe Quantenausbeute auf.“
MOFs bestehen aus positiv geladenen Metallionen und organischen Linkermolekülen. Sie weisen zudem anpassbare Strukturen und kleine Poren auf. Darüber hinaus werden die Eigenschaften von MOFs durch die in ihrer Synthese verwendeten Komponenten bestimmt.
Hier ist eine weitere Methode zur kostengünstigen Herstellung von grünem Wasserstoff mit aktiven MXenen, sagen Forscher des KIST.
Nicht nachhaltige Methoden der Wasserstoffproduktion
Die Methan-Dampfreformierung ist ein gängiges konventionelles Verfahren zur Wasserstoffgewinnung aus Erdgas. Dabei entsteht Kohlenstoff. Das Verfahren nutzt die Elektrokatalyse, bei der Strom durch einen Katalysator geleitet wird. Es ist nicht nur umweltschädlich, sondern auch teuer. Die Kosten für die Wasserstoffproduktion liegen bei etwa 1.50 US-Dollar, die für die Erzeugung von grünem Wasserstoff bei 5 US-Dollar pro Kilogramm.
Bezüglich der in der neuen Forschung verwendeten Materialien sagte Prof. Stylianou: „Rutheniumoxid ist nicht billig, aber die in unserem Photokatalysator verwendete Menge ist minimal. Für industrielle Anwendungen spielt der Preis dieser geringen Menge Rutheniumoxid eine untergeordnete Rolle, wenn ein Katalysator eine gute Stabilität und Reproduzierbarkeit aufweist.“
Quelle : Forschung der Oregon State University deckt besseren Weg zur Herstellung von grünem Wasserstoff auf
