Produktion von Wasserstoff aus Wasser: neue Technologie, Rekordproduktion

Sonnenlicht und Wasser in saubere Energie umzuwandeln, ist die Herausforderung, der sich Forscher der Oregon State University mit ihrem neuen Photokatalysator gestellt haben.

Ein Team unter der Leitung von Kyriakos Stylianou von der Oregon State University hat ein Material entwickelt, das Sonnenlicht und Wasser effizient in Wasserstoff umwandeln kann. Dieser Wasserstoff kann in Autos und zur Herstellung vieler Produkte verwendet werden.


Stylianou und sein Team arbeiteten an Materialien, die als metallorganische Gerüstverbindungen (MOF) bezeichnet werden. Diese Materialien bestehen aus Metallen und organischen Molekülen, die Strukturen mit winzigen Poren und anpassungsfähigen Eigenschaften bilden.

Die Forscher verwendeten ein MOF zur Herstellung eines Katalysators, der bei Sonnenlichtexposition Wasser schnell und effizient in Wasserstoff spaltet. Dieser Katalysator, genannt RTTA, besteht aus zwei Materialien: Rutheniumoxid und Titanoxid, dotiert mit Schwefel und Stickstoff.

Unter den verschiedenen getesteten Materialien zeigte RTTA-1 die besten Ergebnisse, indem es Wasserstoff sehr schnell und mit hoher Effizienz produzierte. In einer Stunde produzierte ein Gramm RTTA-1 mehr als 10.700 Mikromol Wasserstoff und nutzte dabei effektiv 10 % des erhaltenen Lichts.

Diese Leistung ist den synergistischen Eigenschaften der Metalloxide und den Oberflächeneigenschaften des Eltern-MOFs zu verdanken. Diese Entdeckung zeigt das Potenzial der von MOFs abgeleiteten Metalloxid-Heteroübergänge für eine praktische Wasserstoffproduktion.

Die Wasserstoffproduktion durch Wasserspaltung mittels Photokatalyse ist sauberer als die traditionelle Methode der Methanreformierung. Auch wenn Rutheniumoxid teuer ist, könnten die in diesem Katalysator verwendeten geringen Mengen eine rentable industrielle Anwendung ermöglichen.

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOF)

Metallorganische Gerüstverbindungen, oder MOF (Metal-Organic Frameworks), sind kristalline Materialien, die aus Metallionen bestehen, die durch organische Liganden verbunden sind, um poröse Strukturen zu bilden. Diese Materialien weisen eine sehr hohe innere Oberfläche und eine große Absorptionskapazität auf, was sie ideal für viele Anwendungen macht.

MOFs zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, maßgeschneidert zu werden, indem die verwendeten Metalle und Liganden modifiziert werden, um spezifische Eigenschaften zu erhalten. Sie werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, darunter:
- Gasspeicherung: MOFs können aufgrund ihrer hohen inneren Oberfläche Gase wie Wasserstoff oder Kohlendioxid effizient speichern.
- Gastrennung: Aufgrund ihrer Poren mit unterschiedlichen Größen können sie verschiedene Gase trennen.
- Katalyse: MOFs können als Katalysatoren oder als Träger von Katalysatoren dienen, um chemische Reaktionen wie die Wasserstoffproduktion aus Wasser zu beschleunigen.
- Entgiftung: Sie können Schadstoffe adsorbieren und somit Wasser und Luft reinigen.

MOFs sind daher sehr vielversprechende Materialien für Anwendungen im Bereich der sauberen Energie und der Umwelt, insbesondere für die Speicherung und Produktion von Wasserstoff, was zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beiträgt.