Die besten Antworten auf wissenschaftliche Fragen findet man oft in der Natur.
Ein Team von Wissenschaftlern der Florida State University und der University of South Carolina hat einen Weg gefunden, die Photosynthese nachzuahmen – die Umwandlung von Lichtenergie in chemischen Brennstoff im Labor. Ihre Studie ist in der veröffentlicht Zeitschrift der American Chemical Society.
„Einer der heiligen Grale der alternativen Energieforschung ist die Verwendung von Sonnenlicht, um chemische Bindungen herzustellen, die später als Brennstoff verwendet werden können“, sagte Ken Hanson, außerordentlicher Professor für Chemie an der FSU. „Aber hochenergetische Bindungen herzustellen ist harte Arbeit und mit einem Paket Lichtenergie oder einem Photon schwierig zu bewerkstelligen.“
Hanson und Aaron Vannucci, Associate Professor of Chemistry an der University of South Carolina, arbeiteten vor einem Jahrzehnt als Postdoktoranden zusammen und wollten schon lange die Idee verfolgen, einfache Moleküle zur Nachahmung der Photosynthese zu verwenden.
Für diese Studie kombinierten die Forscher zwei Moleküle, einen Photoredox-Katalysator (dh einen Katalysator, der Elektronen mit Licht bewegt) und Naphthol, eine fluoreszierende organische Verbindung. Anschließend setzten sie die Moleküle dem Licht aus. Jedes Molekül absorbierte ein Photon und arbeitete dann zusammen, um Wasserstoffbrennstoff zu erzeugen, wobei ein Prozess nachgeahmt wurde, der in der natürlichen Photosynthese als Z-Schema bezeichnet wird.
„Diese allgemeine Idee wird in Forschungslabors auf der ganzen Welt verfolgt“, sagte Vannucci. „Was unser System einzigartig macht, ist das Molekül, das wir für die Bindungsbildungsreaktion verwenden. Bemerkenswerterweise absorbiert Naphthol, obwohl es ein einfaches und reichlich vorhandenes Molekül ist, Licht, nimmt Elektronen auf und wirkt als Katalysator für die Wasserstoffproduktion.“
Während der Wirkungsgrad des aktuellen Systems mit 5 % eher bescheiden ist, arbeitet das Team nun daran, die Details zu verstehen, wie Naphthol Wasserstoff erzeugt, ohne dass teure Katalysatoren wie Platin benötigt werden. Sie werden diese Erkenntnisse nutzen, um die Effizienz der Energieumwandlung zu verbessern und ihren Nutzen auf andere Reaktionen auszudehnen.
Mehr Informationen:
Pooja J. Ayare et al, Molecular Z-Scheme for Solar Fuel Production via Dual Photocatalytic Cycles, Zeitschrift der American Chemical Society (2022). DOI: 10.1021/jacs.2c08462