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Kollaboration zu Ir-dotiertem BaTiO3

Eine skalierbare und kostengünstige Produktion von grünem Wasserstoff wird eine Schlüsselrolle bei der Verwirklichung einer nachhaltigen Wirtschaft spielen. In dieser Richtung werden weltweit verschiedene Arten von Elektrolyseuren entwickelt und eingesetzt, was zwar großartig ist, allerdings gibt es noch einige Herausforderungen beim Aufbau der anfänglichen Infrastruktur für die Erzeugung von grünem Strom für den Betrieb der Elektrolyseure.

Illustration zum Projekt

Eine andere Möglichkeit, grünen Wasserstoff zu erzeugen, besteht darin, einfach von der Natur zu lernen. Ja, der Sauerstoff, den wir atmen, stammt aus der Photolyse von Wasser, die in Pflanzen stattfindet. Ein ähnliches Konzept wurde bereits fünf Jahrzehnte zuvor mit Hilfe eines künstlichen Blattes entwickelt, das nichts anderes ist als ein Halbleiter (auch als Photokatalysator bezeichnet). Es sammelt Sonnenlicht und erzeugt Elektronen, die Protonen zu Wasserstoff reduzieren. Fünf Jahrzehnte nach seinen Anfängen gewinnt dieser Ansatz bei der skalierbaren solaren Wasserstofferzeugung zunehmend an Bedeutung. Kürzlich wurden Photokatalysatormodule mit einer Fläche von 100 m2 vorgeführt, die unter Sonnenlicht Wasserstoff erzeugen.

Unter den zahlreichen Materialien, die für die Wasserspaltungsreaktion untersucht wurden, übertreffen Photokatalysatoren des Typs ABO3 (wie SrTiO3) die Effizienz der Energieumwandlung von Sonne in Wasserstoff (für die gesamte Wasserspaltungsreaktion) und die Stabilität von mehr als 250 Tagen unter Umgebungslicht.

Das große Problem bei diesen Materialien ist jedoch ihre begrenzte optische Absorptionsfähigkeit - weniger als 4 % des einfallenden Sonnenlichts aufgrund ihrer großen Bandlücke. Um die Effizienz der Wasserstoffproduktion mit Photokatalysatoren auf Perowskitbasis vom Typ ABO3 weiter zu steigern, ist es entscheidend, die optische Reaktion dieser Materialien zu erweitern, was in der Regel durch Dotierung geschieht. Dieser Ansatz wurde bereits von vielen Gruppen angewandt.

Unsere jüngste Arbeit, die in Zusammenarbeit mit dem Manipal Institute of Technology und der Manipal Academy of Higher Education durchgeführt wurde, ergab eine interessante Beobachtung: Dotierung hilft nicht. Wir müssen auf den Valenzzustand des in den Perowskit-Wirt eingebrachten Dotierstoffs achten. Diese Erkenntnis wird oft ignoriert, und wir haben diese faszinierenden Phänomene in dieser Arbeit ausführlich erklärt.

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c16710, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster