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Bochumer Forscher suchen nach Halbleitermaterial für nachhaltige Wasserstoffherstellung

Auf der vergangenen IAA war zu beobachten, dass sich die Automobilindustrie wieder optimistischer gibt, was die Verwendung von Wasserstoff für den Antrieb betrifft. Wie zum Beispiel das E-Gas-Projekt von Audi zeigt, investiert die Automobilindustrie selbst in die Produktion von Wasserstoff aus regenerativen Energien. Dass in diesem speziellen Fall vor allem die die Weiterverarbeitung von Wasserstoff und CO2 zu Methan im Vordergrund steht, ist in erster Linie der heute verfügbaren Antriebstechnik geschuldet, denn die Brennstoffzelle ist noch nicht marktreif.

Das gilt aber auch für die regenerative Wasserstoffherstellung selbst, wie die Ruhr Universität Bochum in ihrem Wissenschaftsmagazin RUBIN berichtet. So sei zwar die photoelektrokatalytische Spaltung von Wasser, die erstmals vor rund 40 Jahren beschrieben worden sei, eine geeignete Methode, um Wasserstoff zu gewinnen, Die Methode funktioniere aber nur effizient, wenn man geeignete Materialien finde. Bisher sei es aber nicht gelungen, das Verfahren in ein marktfähiges Produkt umzusetzen. So werde zum Beispiel ein Halbleiter gebraucht, der auf lange Sicht sowohl Licht standhält als auch ständiger Nässe, und der darüber hinaus möglichst viel UV-Licht nutzt. Die so genannte Bandlücke des Halbleiters müsse exakt so groß sein, dass das Licht die Elektronen ausreichend anregt, damit sie ins Leitungsband wechseln. Als Bandlücke wird der energetische Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband eines Festkörpers bezeichnet. Außerdem würden Katalysatoren gebraucht, um die Wasserspaltung energiesparend ablaufen zu lassen.

Die Chemiker und Ingenieure der RUB nutzen bei ihrer Forschungsarbeit Materialbibliotheken: Drei oder mehr Ausgangsmaterialien werden als keilförmige Schichten auf ein Trägermaterial abgeschieden. An jedem Punkt des Trägers findet man eine unverwechselbare Mischung. Mit Hochdurchsatzmethoden kann man jeden Punkt des Trägers auf seine photokatalytischen Eigenschaften untersuchen. So lassen sich vielversprechende Materialien aus der Vielzahl möglicher Kombinationen herausfinden, die man dann genauer erforscht. Erste Ergebnisse hätten zum Beispiel gezeigt, dass es bei Halbleitern für die photoelektrokatalytische Wasserspaltung auf die optimale Schichtdicke ankomme.

In ihren Forschungsarbeiten konzentrierten sich die Wissenschaftler laut Bericht in der RUBIN bisher auf die binären Metalloxide Titanoxid, Eisen(III)oxid und Wolframoxid. Titanoxid zeige dabei die besten katalytischen Eigenschaften, das Eisenoxid die besten Nutzung der von der Sonne ausgestrahlten Energie. Von einer Kombination der drei Verbindungen versprechen sich die Forscher die Entdeckung eines neuen Materials, das sowohl ausreichend Licht des sichtbaren Spektrums absorbiere als auch stabil gegen Korrosion sei und eine Bandlücke aufweise, welche die Wasserspaltung ohne äußere elektrische Spannung erlaube. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte